DE60130572T2

DE60130572T2 - Induktive bauelemente

Info

Publication number: DE60130572T2
Application number: DE60130572T
Authority: DE
Inventors: Mika Matti Sippola; Kevin Mcgrane
Original assignee: PROFEC TECHNOLOGIES Oy
Current assignee: PROFEC TECHNOLOGIES Oy
Priority date: 2000-11-04
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2021-11-06
Also published as: GB2373101B; GB0126509D0; AU2002212490A1; US20050140487A1; EP1332503B1; GB2373101A; EP1332503A1; WO2002039467A1; US20040075525A1; DE60130572D1; GB0027007D0; ATE373865T1

Description

Diese Erfindung betrifft induktive und induktiv-kapazitive Bauelemente, wie zum Beispiel Transformatoren, Induktoren und LC-Resonatoren, Konstruktionsprinzipien solcher Bauelemente und Verfahren zum Herstellen solcher Bauelemente.
Transformatoren dienen zum Übertragen eines elektrischem Stromes von einem Schaltkreis zu einem anderen mittels eines elektrisches Induktionseffekts zwischen benachbarten Strom transportierenden Spulen. Transformatoren können große Ströme transportieren, wobei man sie in diesem Fall oft als "Leistungstransformatoren" bezeichnet, oder sie können kleine Ströme transportieren, die keinen Strom, sondern Signale übertragen sollen, und solche Transformatoren nennt man "Signaltransformatoren". Die vorliegende Erfindung betrifft sämtliche Arten von Transformatoren, einschließlich sowohl Leistungs- als auch Signaltransformatoren sowie alle sonstigen induktiven Bauelemente, wie zum Beispiel Induktoren, Funkentstördrosseln oder kernlose induktive Bauelemente.
Beim herkömmlichen Transformatorenbau müssen Drahtspulen gewickelt werden, und diese Spulen müssen nebeneinander angeordnet werden, und zwischen den jeweiligen Spulen muss eine entsprechende Isolierung angeordnet werden.
Es ist auch möglich, Wicklungen mittels eines gedruckten Verfahrens unter Verwendung mehrschichtiger gedruckter Leiterplatten (GLPs) herzustellen. Bei einer mehrschichtigen GLP muss man Schichten mit Hilfe von Durchkontakten miteinander verbinden. Die Anzahl an Schichten, die in einer GLP zusammengefasst werden können, beträgt etwa 12, weil es unwirtschaftlich teuer wäre, mehr als 12 Schichten hinzuzufügen.
In jüngerer Vergangenheit ist vorgeschlagen worden, die Spulen herzustellen, indem man schlangenlinienförmige leitfähige Bahnen auf ein flexibles, faltbares Substrat druckt und dann das Substrat vorwärts und rückwärts auf sich selbst faltet, so dass die einzelnen Faltungen einen Stapel bilden. In den Stapel werden dann Ferritkerne eingesetzt (die im Allgemeinen durch vorgeformte Löcher in dem Substrat verlaufen), so dass ein Transformator entsteht. Solche Transformatoren nennt man Z-förmig gefaltete Transformatoren.
Beispiele von Z-förmig gefalteten Transformatoren sind im US-Patent Nr. 4,959,630 beschrieben. Solche Transformatoren werden aus einem flachen, faltbaren Substrat aus Isoliermaterial hergestellt, worauf schlangenlinienförmige leitfähige Bahnen gedruckt werden. Nach dem Drucken dieser Bahnen wird das Substrat (das als ein "Flexband" bezeichnet wird) um vorgegebene Falzlinien herum gefaltet, so dass aufeinanderfolgende Teile von primären und sekundären leitfähigen Bahnen einander überlagern, so dass ein Stapel aus ineinander gelegten primären und sekundären Wicklungen entsteht.
Ein Vorteil von Z-förmig gefalteten Transformatoren im Vergleich zu herkömmlichen Drahtwicklungstransformatoren ist, dass sie einfach herzustellen sind und relativ wenig Platz beanspruchen und so konstruiert werden können, dass sie eine geringe Bauhöhe aufweisen. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Transformatoren einen sehr hohen Wirkungsgrad (geringe Verluste) bei hoher Frequenz haben können.
Ein Vorteil von Z-förmig gefalteten Transformatoren im Vergleich zu herkömmlichen GLP-Transformatoren mit Schichtaufbau ist, dass das Z-förmig gefaltete System keinerlei Beschränkung hinsichtlich seiner Schichten unterliegt und vergrabene Durchkontakte aufweisen kann, um Verbindungen zwischen Bahnen auf verschiedenen Blättern herzustellen. Verbindungen zwischen Blättern können um die Faltungen herum hergestellt werden.
Ein Nachteil von bekannten Z-Falttechniken ist, dass der Bereich der leitfähigen Schicht auf dem Substrat, der tatsächlich Elektrizität leitet, begrenzt ist, wodurch die Leistung des Transformators eingeschränkt wird. Weitere Probleme betreffen die Ausführung des Transformators als ein stabiles, steifes Paket, was erforderlich ist, damit der Transformator mit anderen Bauelementen auf einer Leiterplatte montiert werden kann, sowie das Anbieten der Transformatoranschlüsse in einer Position, wo es einfach ist, elektrische Verbindungen mit einer Leiterplatte oder anderen elektrischen Bauelementen herzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein induktives Bauelement bereitgestellt, das ein Isoliersubstrat mit leitfähigen Bahnen aufweist, die auf dem Substrat verlegt und mit einer Isolierschicht bedeckt sind, wobei das Substrat zu mehreren verbundenen, überlappenden Blättern gefaltet und mit einem magnetischen Kern kombiniert ist, um das induktive Bauelement zu bilden, und wobei Teile der Bahnen leitfähige Flächen haben, die durch die Isolierung hindurch freiliegen, wobei diese Teile der Bahn in elektrischem Kontakt mit anderen freiliegenden leitfähigen Flächen auf benachbarten Blättern stehen.
Die Erfindung stellt des Weiteren ein flexibles, faltbares Isoliersubstrat bereit, auf dem leitfähige Bahnen verlegt sind und das Löcher zur Aufnahme eines magnetischen Kerns aufweist, und wobei Teile der Bahnen freiliegende leitfähige Flächen haben, die mit anderen freiliegenden Flächen auf benachbarten Blättern in elektrischem Kontakt stehen, wenn das Substrat zu mehreren verbundenen, überlappenden Blättern gefaltet wird.
Indem man gegenüberliegende leitfähige Flächen an ausgewählten Positionen einen Kontakt zwischen einer Schicht und einer anderen herstellen lässt, kann sich ein viel größerer Bereich der leitfähigen Schicht an der Leitung von Strom beteiligen, was zu einer höheren elektromagnetischen Leistung führt.
Das Substrat (Flexband), das bevorzugt für Z-förmig gefaltete Transformatoren verwendet wird, ist als Kapton bekannt, was ein flexibler, elektrisch isolierender Polyimidfilm ist. (KAPTON ist ein eingetragenes Warenzeichen von E. I. Du Pont de Nemours and Company). Der Film wird mit einer Schicht aus leitfähigem Kupfer auf beiden Seiten vorbeschichtet geliefert. Um die gewünschten leitfähige Bahnen in dem gewünschten Muster auszubilden, wird ein Resist in einem entsprechenden Muster auf die Kupferflächen aufgebracht, um jenen Teil des Kupfers zu schützen, der an dem Leiten von Elektrizität beteiligt ist. Der ungeschützte Teil des Kupfers wird dann mit Hilfe bekannter Techniken entfernt, so dass das durch den Resist geschützte Kupfer zurückbleibt, das einem schlangenlinienförmigen Pfad über das Substrat hinweg folgt. Durch das Substrat hindurch werden Löcher ausgebildet, die aufeinander ausgerichtet werden, wenn das Substrat gefaltet wird, um Ferritkerne aufzunehmen. Das Substrat wird dann auf sich selbst gefaltet und mit Ferritkernen kombiniert, um den Transformator zu bilden. Um einen elektrischen Kontakt zwischen Bahnen auf Flächen, die nach diesem Falten miteinander in Kontakt stehen, zu verhindern, verbleibt entweder der Resist auf dem Kupfer (wenn der Resist nicht-leitfähig ist), und/oder die Bahnen werden mit einem Isolierlack oder dergleichen überzogen, oder es wird Isolierband auf dem Kupfer befestigt oder auf das Kupfer laminiert.
Es gibt jedoch noch viele weitere mögliche Verfahren zum Herstellen leitfähiger Bahnen auf einem Substrat. Zum Beispiel können leitfähige Bahnen aus Folien aus leitfähigem Material ausgestanzt und auf ein Band aufgebracht werden, das dann auf ein Substrat laminiert wird; oder das Substrat wird in Bereichen bedruckt, wo eine Bahn angeordnet werden soll, woraufhin eine leitfähige Schicht auf den gedruckten Bereich elektroplattiert wird.
Die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Bahnen auf benachbarten Blättern kann die Bahnen auf den Blättern entweder in Reihe oder parallel verbinden. Jede Bahn kann sich über nur ein einziges Blatt, über ein Paar benachbarte Blätter oder über alle Blätter eines Flexbandes hinweg erstrecken. Die Verbindungen zwischen benachbarten Blättern können sich auf einer beliebigen Stelle auf den Blättern und/oder an ihren Rändern befinden. Es können mehrere Verbindungen zwischen einem jeweiligen Paar benachbarter Blätter vorhanden sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Substrat zur Verwendung als Teil eines Z-förmig gefalteten Transformators bereitgestellt, wobei das Substrat Folgendes aufweist: eine Basisbahn aus einem nicht-leitfähigen Kunststoffmaterial; eine Schicht aus Kupfer auf mindestens einer Fläche der Basisbahn, und Streifen aus einem anderen Kunststoffmaterial entlang beiden Längsrändern der Basisbahn, wobei der andere Kunststoff einen höheren Schmelzpunkt aufweist als das Material der Basisbahn.
Die Erfindung stellt des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines Flexbandes zur Verwendung bei der Herstellung eines Z-förmig gefalteten Transformators bereit, wobei das Verfahren aufweist, das Band von einem Substrat, wie oben dargelegt, durch Schneiden des Substrats quer zu seiner Länge abzuschneiden, um von dem Substrat ein Band mit einer Abmessung abzutrennen, die in der Richtung quer zu der Bahn größer ist als in der Richtung der Länge der Bahn.
Die Basisbahn besteht vorzugsweise aus Polyester. Die Längsrandstreifen bestehen vorzugsweise aus Polyimid.
Die Erfindung stellt des Weiteren ein Flexband zur Verwendung bei der Herstellung eines Z-förmig gefalteten Transformators bereit, wobei das Band eine längliche Bahn aus einem ersten Kunststoffmaterial und an den Enden der Bahn Abschnitte aus einem anderen Kunststoffmaterial aufweist, das einen höheren Schmelzpunkt als das Material der länglichen Bahn aufweist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Z-förmig gefalteter Transformator bereitgestellt, der ein Isoliersubstrat mit leitfähigen Bahnen aufweist, die auf dem Substrat verlegt und mit einer Isolierschicht bedeckt sind, wobei das Substrat zu mehreren verbundenen, überlappenden Blättern gefaltet und mit einem Ferritkern kombiniert ist, um einen Transformator zu bilden, und wobei Teile der Bahnen leitfähige Flächen haben, die durch die Isolierung hindurch freiliegen, wobei diese Teile der Bahn in elektrischem Kontakt mit anderen freiliegenden leitfähigen Flächen auf benachbarten Blättern stehen.
Die Erfindung wird nun weiter beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen Folgendes dargestellt ist:
1 zeigt ein Substrat mit einer darauf befindlichen leitfähigen Bahn, das zum Falten bereit ist, um einen Transformator gemäß dem Stand der Technik zu bilden.
2 ist eine Ansicht ähnlich 1, die aber ein Substrat gemäß der Erfindung zeigt.
3 zeigt das Substrat von 2 mit Anmerkungen.
4 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Teil eines Transformators, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde.
5a und 5b zeigen gegenüberliegende Seiten einer zweiten Ausführungsform eines Substrats gemäß der Erfindung.
6 zeigt einen Teil einer dritten Ausführungsform des Substrats gemäß der Erfindung.
7 zeigt die Ausführungsform von 6, die teilweise zu einem Transformator gefaltet ist.
8 bis 12 zeigen weitere Ausführungsformen des Substrats gemäß der Erfindung.
13 veranschaulicht ein Schema zum Herstellen einer Substratbahn.
14 zeigt einen Querschnitt durch eine Bahn, die gemäß 13 hergestellt wurde.
15 ist eine Draufsicht auf die Bahn von 14, die zeigt, wie Bänder von der Bahn abgeschnitten werden.
16 ist eine Seitenansicht eines Transformators gemäß der Erfindung.
17 ist eine Ansicht ähnlich 16 eines anderen Transformators gemäß der Erfindung.
18 ist eine Endansicht des Transformators von 17.
19 zeigt ein Gehäuse zum Aufnehmen eines Transformators.
20 ist ein Querschnitt durch einen Transformator, der in dem Gehäuse von 19 untergebracht ist.
21 und 22 zeigen alternative Bauformen, in denen Transformator-Bauelemente zusammengebaut sind.
23 und 24 zeigen zwei alternative Möglichkeiten, wie die Transformator-Anschlüsse auf dieselbe Fläche des fertigen Transformators gebracht werden können.
25 ist eine perspektivische Ansicht des Transformators von 23.
26 zeigt einen Umriss eines Flexbandes.
27 zeigt die Anordnung von Anschlüssen auf einem Ferritkörper.
28 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines Transformators gemäß der Erfindung.
29 zeigt den Transformator von 28 in zusammengebauter Form.
30 ist eine Unteransicht des Transformators der 28 und 29.
31 bis 35 zeigen Ansichten ähnlich denen der 26 bis 30, aber von einer alternativen Ausführungsform.
36 zeigt eine alternative Form des Flexbandes gemäß der Erfindung.
37 und 38 zeigen verschiedene ineinander gelegte Anordnungen für Z-förmig gefaltete Transformatoren.
39 zeigt ein Flexband vor dem Falten.
40 zeigt das Band von 39 nach einer ersten Stufe des Faltens.
41 bis 45 zeigen aufeinanderfolgende Stufen beim Zusammenbau eines Transformators aus dem Band der 39 und 40.
46 ist eine perspektivische, auseinandergezogene Ansicht einer Z-förmig gefalteten Transformatorwicklung mit einer zweiteiligen Buchse für das Ferritkernloch.
47 zeigt einen Schnitt durch die zusammengebaute Transformatorwicklung von 46.
48 zeigt ein Flexband gemäß dem Stand der Technik.
49 und 50 zeigen alternative Flexband-Gestaltungen.
51 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines Transformators mit einem Ferritkern und einem Band, wie in den 49 oder 50 gezeigt.
52 und 53 zeigen zwei weitere alternative Flexband-Gestaltungen.
54 zeigt eine Seitenansicht eines Flexband-Trägers.
55 und 56 zeigen den Träger von 54, nachdem ein Flexband an dem Träger montiert wurde.
57, 58 und 59 zeigen Details der Montage eines Transformators gemäß der Erfindung.
60, 61 und 62 zeigen Details der Montage eines weiteren Transformators gemäß der Erfindung.
63 zeigt eine ineinander gelegte Komponente im flachen Zustand.
64a, 64b, 64c und 64d zeigen jeweils Kupfer- und Resist-Schichten, die auf gegenüberliegende Seiten eines Substrats aufgebracht wurden.
65 zeigt einen typischen Querschnitt durch das Substrat der 64.
1 zeigt ein einfaches hergestelltes Substrat, das eine Kapton-Lage aufweist, das eine rechteckige Umrisslinie 10 hat (die mit Punktlinien angedeutet ist). Zu Beginn ist im Wesentlichen auf der gesamten Oberfläche jeder Seite der Lage eine Beschichtung aus elektrisch leitfähigem Kupfer aufgebracht. Um die Lage herzustellen, wird das Kupfer selektiv entfernt, zum Beispiel mittels eines Ätzprozesses. Die Kupferbahn, die zurückbleibt, sobald das Substrat hergestellt wurde, ist mit 12 bezeichnet. Falzlinien in dem Substrat sind mit 14 bezeichnet, und Löcher, in denen in dem fertigen Transformator ein Ferritkern angeordnet wird (die Löcher sind alle aufeinander ausgerichtet, sobald das Substrat auf sich selbst gefaltet wurde), sind mit 16 bezeichnet. Es ist zu sehen, dass (a) mehr als 50% der anfänglichen Kupferbeschichtung entfernt wurden, um die schlangenlinienförmige Bahn 12 zu bilden, und dass (b) die Breite der Bahn 12 an den Positionen, wo sie die Falzlinien 14 kreuzt, größer ist als zwischen den Falzlinien.
Diese Transformator-Komponente wird manchmal auch als das "Flexband" bezeichnet.
2 zeigt ein Flexband, das gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung modifiziert ist. Es ist zu sehen, dass zusätzliche Bereiche aus Kupfer 12a auf dem Band 10 vorhanden sind, welche die Kernpositionen 16 nahezu vollständig umgeben. Um diese Bereiche 12a in den Stromkreis einzubinden, liegen an den mit X markierten Positionen (siehe 3) leitfähige Flächen frei, so dass, wenn das Flexband auf sich selbst gefaltet ist, die zwei Bereiche X, die mit A markiert sind, einen elektrischen Kontakt miteinander herstellen und die zwei Bereiche X, die mit B markiert sind, ebenfalls einen elektrischen Kontakt miteinander herstellen. Infolge dessen wird der Bereich aus leitfähigem Kupfer, der die Bahn bildet, verdoppelt.
4 zeigt einen Querschnitt durch ein gefaltetes Flexband an einer dieser Positionen X. 4 zeigt nur zwei Blätter, aber in der Praxis liegt eine viel größere Anzahl übereinander und bildet einen Stapel von Blättern. Die Dicken der Kupferschichten 12 sind in dieser Figur stark übertrieben dargestellt, um den Aufbau zu erläutern.
Jedes der Flexbandblätter 10 hat eine Kupferbahn 12 auf jeder Seite. In der Figur stimmen die Kupferbahnen auf der Ober- und der Unterseite jedes Blattes alle überein, aber das muss nicht unbedingt der Fall sein. Die Kupferbahnen 12 sind durch eine Isolierschicht 18 geschützt, bei der es sich um eine Schicht aus Lötresist handeln kann. Am Punkt X wird der Lötresist sowohl auf der oberen als auch auf der unteren Bahn entfernt, und es wird ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen den Bahnen hergestellt. Um diesen Kontakt zu bewerkstelligen, kann man Lot über die Bereiche fließen lassen, wo Resist entfernt wurde. Die Flächen der Kupferbahnen können mit Zinn elektroplattiert werden, um einen guten Kontakt zwischen dem Lot und dem Kupfer zu gewährleisten.
Auf diese Weise steht ein größerer Bereich an Kupferbahn zur Verfügung, um Strom um den Ferritkern herum zu transportieren, der durch die Löcher 16 geschoben wird. Dadurch erhöht sich die Kapazität des Transformators, und der Wicklungsstapel wird ebenfalls mechanisch stabilisiert.
5a und 5b zeigen zwei gegenüberliegende Seiten eines Flexbandes. Das Band ist allgemein mit 30 bezeichnet und hat Löcher 32, durch die der Ferritkern geschoben wird. Der durchgängige Bereich, der mit der Bezugszahl 34 bezeichnet ist, ist vollständig mit Kupfer beschichtet, wobei das Kupfer nur in den Bereichen entfernt wird, die mit 36 bezeichnet sind. Kupfer wird auch in den Bereichen entfernt, die mit 38 markiert sind, weil diese Bereichen mit den gewünschten Falzlinien übereinstimmen, und dies hilft deshalb dabei zu gewährleisten, dass das Flexband an den richtigen Positionen gefaltet wird. Nach dem Falten kann der elektrische Kontakt in den entsprechenden Bereichen von zwei gegenüberliegenden Flächen der Blätter hergestellt werden. Ein Paar gegenüberliegender Flächen trägt die Markierungen "X", um zu zeigen, wo ein Kontakt hergestellt werden kann.
In der gezeigten Ausführungsform ist es notwendig, eine Isolierung in den schattierten Bereichen 39 hinzuzufügen, um ein Kurzschließen zwischen den leitfähigen Bahnen an Faltungen auf der Außenseite zu verhindern.
Im Vergleich zu 2 hat die Ausführungsform von 5 einen viel größeren leitfähigen Bereich.
6 zeigt, wie bei einer mittig abgegriffenen, aus einer einzigen Windung bestehenden Wicklung die Windungen unter Verwendung dieses Verfahrens parallel geschaltet sein können. Die Figur zeigt ein Flexband 20, das Löcher 22 zum Aufnehmen eines Ferritkerns, Falzlinien 24 und gedruckte Kupferbahnen 26 hat. Die Kupferbahnen sind in der Figur mit rechteckigen Vergrößerungen 28 an den Enden und in der Mitte jeder Bahn, wo sie die Falzlinien 24 kreuzen, gezeigt.
7 zeigt das Band von 6 teilweise gefaltet. Auf der Rückseite des Bandes sind keine Bahnen gezeigt, aber es können dort ebenfalls Bahnen angeordnet sein, und es ist auch wahrscheinlich, dass sich dort Bahnen befinden. Aus dieser Figur ist zu sehen, dass, wenn das Band gefaltet wird, die Löcher 22 übereinander zu liegen kommen, so dass ein Ferritkern durch sie hindurchgeschoben werden kann, und dass die Vergrößerungen 28 auf einer einzelnen Falzlinie über den Vergrößerungen auf der nächsten benachbarten Falzlinie zu liegen kommen. Durch Entfernen der Isolierbeschichtung auf den Bahnen an den Falzlinien können die Bahnen an diesen Punkten elektrisch miteinander verbunden werden. Auf diese Weise werden alle Bahnen 26 (die in dem flachen Zustand von 5 voneinander unabhängig sind) miteinander parallel geschaltet, wobei die mittige Vergrößerung 28 einen Mittenabgriff biet. Die Position an den Falzlinien, wo ein Kontakt zwischen benachbarten Windungen hergestellt wird, braucht nicht wie gezeigt vergrößert zu werden. Die Breite der Bahn könnte entlang der gesamten Länge gleichmäßig sein, und der notwendige Kontakt könnte immer noch hergestellt werden.
Mit dieser Anordnung ist es auch möglich, einen Kontakt zwischen benachbarten Bahnen an einigen der Falzlinien herzustellen, an anderen hingegen nicht.
In einer weiteren Anordnung (8) wird dasselbe Prinzip verwendet, um Wicklungen in Reihe zu schalten. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass eine spiralförmige Bahn auf jeder gefalteten Sektion des Substrats ausgebildet werden kann, wodurch eine größere Anzahl von "Windungen" je Faltung in dem fertigen Transformator möglich ist.
In 8 hat das Flexband 40 Löcher 42 für den Ferritkern, und auf jedem Blatt des Bandes ist eine spiralförmige leitfähige Bahn ausgebildet. Auf dem Blatt 40a beginnt die Bahn 44 an einem Anschluss 46 und endet an einem Punkt 48 auf dem Blatt 40a. Auf der nächsten Bahn 40b beginnt die Spirale am Punkt 50 und folgt dann einem spiralförmigen Pfad nach außen und kreuzt dann auf das nächste Blatt 40c, wo sich die Bahn auf einem spiralförmigen Pfad fortsetzt und nun einen spiralförmigen Weg nach innen nimmt, um an einem Punkt 52 zu enden. Auf dem Blatt 40d erstreckt sich die Bahn von einem Punkt 54 zu einem anderen Anschluss 56. Mindestens eine der gegenüberliegenden Flächen des Bandes wird mit einem Resist beschichtet, so dass sie zwischen den Spulen auf gegenüberliegenden Flächen keinen Kurzschluss verursachen. Jedoch wird der Resist an den Punkten 48, 50, 52, 54 entfernt.
Wenn dieses Flexband um die mit Punktlinien angedeuteten Falzlinien herum gefaltet wird, so wird ein Kontakt zwischen der Bahn auf dem Blatt 40a und der Bahn auf dem Blatt 40b hergestellt, weil die Punkte 48 und 50 miteinander in Kontakt kommen und in der in 4 gezeigten Weise in elektrischen Kontakt miteinander gebracht werden. Das gleiche geschieht zwischen den Punkten 52 und 54 auf den Blättern 40c und 40d. Alternativ kann der Kontakt dadurch hergestellt werden, dass man die Punkte 48 und 50 oder 52 und 54 mit Kontakthügeln versieht, so dass sie sich ein wenig über die Ebene des Bandes hinaus erheben, um in Kontakt miteinander zu gelangen. Dies hilft dabei zu gewährleisten, dass die Dicke des Resists nicht den gewünschten Kontakt verhindert.
Auf diese Weise wird effektiv eine einzelne Wicklung in dem gesamten Transformator ausgebildet, und es ist nun möglich, mehrere Windungen auf jedem Blatt des Bandes anzuordnen und dann die Windungen auf einem Band mit den Windungen auf einem anderen Band zu verbinden, so dass alle Windungen in Reihe geschaltet sind. Dies kann besonders für einen Induktor mit vielen Windungen nützlich sein.
9 zeigt eine Anordnung ähnlich der in 8, aber dieses Mal sind zwei Spulen auf demselben Flexband 60 ausgebildet. Die Bahn 62 bildet eine halbe Windung auf jedem Blatt 60a, 60b bis 60f. Die Bahn 64 bildet zwei Windungen auf dem Blatt 60a, eine Windung auf dem Blatt 60b, eine halbe Windung auf dem Blatt 60c, eine Windung auf dem Blatt 60d, eine Windung auf dem Blatt 60e und eine halbe Windung auf dem Blatt 60f. Wo sich mehr als eine halbe Windung auf einem Blatt befindet, so werden die Windungen mit den Windungen auf dem benachbarten Blatt verbundenen, indem ein elektrischer Kontakt in dem gefalteten Band hergestellt wird, wie er zwischen den Punkten 66 und 68 und zwischen den Punkten 70 und 72 stattfindet.
In 10 ist eine Anordnung gezeigt, die praktisch die gleiche ist wie in 8. Jedoch sind in diesem Fall die Bahnen spiralförmig gewickelt, und die Verbindungen sind zwischen den Punkten A-A und B-B hergestellt.
In 11 ist eine komplexere Mischung aus Bahnmusters veranschaulicht. Eine Bahn 82 erstreckt sich über die volle Länge des Flexbandes, ähnlich der Bahn 62 von 9. Jedoch nimmt die Spule 84 die Form einer Spirale auf dem Blatt 80b, einer halben Windung über das nächste Blatt 80c hinweg und einer Spirale auf dem Blatt 80d an. Wenn das Flexband gefaltet wird, so entsteht ein Kontakt zwischen der Spule 84, wo sie auf dem Blatt 80d erscheint, und einer Spule 86, wo sie auf dem Blatt 80c erscheint (B-B). Gleichermaßen entsteht ein Kontakt zwischen der Spule 84, wo sie auf dem Blatt 80b erscheint, und einer weiteren Spule 85 auf dem Blatt 80a (A-A). Somit verläuft in dem fertigen Transformator der Strompfad (immer in der gleichen Drehrichtung) spiralförmig in verschiedene Blätter hinein und aus verschiedenen Blättern heraus und aufwärts und abwärts zwischen den Blättern.
Es ist klar, dass die Fähigkeit, auf diese Weise einen Durchkontakt zwischen Bahnen auf zwei benachbarten Flächen auszubilden, die Herstellung einer sehr breiten Vielfalt verschiedener Windungsmuster gestattet.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform verbleibt ein zusätzlicher Bereich aus Kupfer auf dem Flexband bei 90, 92. Dieser Bereich aus Kupfer hat keinen Anteil an den elektrischen Eigenschaften des fertigen Transformators (er ist von dem Strompfad isoliert), sondern diese zwei Bereiche 90, 92 sind statt dessen so eingerichtet, dass sie in dem fertigen Band aneinander gelötet werden können, um die Blättern des Bandes physisch in ihrer gefalteten Konfiguration zu fixieren.
Anstelle des in 12 gezeigten rechteckigen Bereichs könnte es zum Beispiel möglich sein, einen kleinen Bereich aus Kupfer an jeder Ecke jedes Blattes eines rechteckigen Flexbandes zu belassen, wobei das Kupfer in diesen Bereichen so frei liegt, dass sie in der in 4 gezeigten Weise mit entsprechenden Bereichen auf dem benachbarten Blatt verbunden – zum Beispiel verlötet – werden können.
13 zeigt einen möglichen Aufbau für ein Substrat, das in einem Z-förmig gefalteten Transformator verwendet werden soll. Das Substrat ist als eine durchgängige Bahn ausgebildet, wobei ein Polyester-"Kern" 100 auf jeder Seite mit einer Schicht aus Kupfer 102, 104 (wodurch die Bahnen 12, 26 gebildet werden) versehen ist und entlang jedes Randes ein Streifen 106 aus einem Polyimid-Material, wie zum Beispiel Kapton, angeordnet ist. Das fertige Laminat ist mit 108 bezeichnet.
Die Flexbänder 10, 20 werden quer von dieser Bahn geschnitten (siehe 15), dergestalt, dass sie Polyimid 106 an den beiden Enden des Bandes (wovon Verbindungen zu externen Schaltkreiskomponenten hergestellt werden) und kostengünstiges Polyester als den Hauptteil der Struktur aufweisen. Polyester ist beträchtlich preisgünstiger als Polyimid und weist ein besseres Feuchtigkeitsaufnahmevermögen auf als Polyimid. Allerdings weist Polyester nicht die notwendige Hitzebeständigkeit auf, um ein Anlöten von externen Bauelementen an den Bahnen auf dem Substrat zu gestatten, und das höherwertige Polyimidmaterial ist an jenen Punkten von Vorteil, wo das Löten stattfindet.
Die Polyimidfilme können Klebebeschichtungen aufweisen, um sie an dem Polyester zu befestigen.
Ein weiteres Problem, das Z-förmig gefalteten Transformatoren eigen ist, ist das Ausführen der Baugruppe als ein steifes Bauelement, das zum Beispiel auf einer Leiterplatte montiert werden kann oder an dem andere Bauelemente befestigt werden können.
In den folgenden 16 bis 47 sind verschiedene Bauformen gezeigt, in denen ein gefaltetes Transformatorsubstrat und zugehörige Ferritkerne miteinander verbunden sind, um ein Bauelement zu bilden, das als eine einzelne steife Einheit betrachtet werden kann und das darum problemlos in der gleichen Weise wie ein herkömmliches drahtgewickltes induktives Bauelement an einer Leiterplatte montiert werden kann.
16 zeigt eine Seitenansicht eines zusammengebauten Transformators mit einem Z-förmig gefalteten Flexband 120, das zwischen zwei Ferritkörpern 122, 124 angeordnet ist. Obgleich in dieser Figur nicht gezeigt, weisen die Ferritkörper Vorsprünge auf, die sich durch Löcher in dem Flexband 120 erstrecken, wie zuvor beschrieben.
Die Ferritkörper 122 und 124 sind massive, steife Körper. Zwei Endanschlussabschnitte 126 und 128 des auf dem Flexband 120 ausgebildeten Leiters werden von dort, wo das Flexband auf sich selbst gefaltet ist, herausgeführt und liegen auf der Unterseite des Körpers 124 frei, wie bei 126 und 128 angedeutet. Durch Montieren dieser zwei Endabschnitte auf der steifen Oberfläche des Körpers 124 werden die Anschlüsse 126 und 128 starr im Raum fixiert. Die Anschlüsse 126, 128 können mittels Leim oder auf sonstige Weise an ihrer Position auf dem Körper 124 befestigt werden, aber in 17 kommt ein zusätzliches Bauelement in Form einer Klammer 130 während der Montage zum Einsatz. Die Klammer 130 greift um die beiden Ferritkörper 122, 124a herum, um die zwei Körper zusammenzuhalten und um das Flexband in seiner gefalteten Konfiguration zwischen den Körpern zu halten. Zusätzlich hält die Klammer 130 die Enden 126a, 128a des Flexbandes 120 so, dass diese äußersten Enden des Bandes festgehalten werden. 18 zeigt dies in einer Endansicht, wo die Klammer 130 Flansche 132 aufweist, die über die Oberseite des Ferritkörpers 122 hinweg greifen, und ein durchgängiges Glied 134 aufweist, das sich unterhalb des Körpers 124a erstreckt.
In dieser Ausführungsform ist der Körper 124a mit knollenartigen Vorsprüngen an seiner Unterseite versehen, um die herum die Anschlussenden (126a, 128a) des Flexbandes verlaufen. Die eigentlichen Anschlüsse des Transformators zum Verbinden mit anderen Bauelementen werden an den untersten Teilen dieser knollenartigen Vorsprünge ausgebildet. 17 zeigt, wie die freien Enden dieser Anschlussabschnitte 126a, 128a unterhalb eines durchgängigen unteren Gliedes 134 der Klammer 130 erfasst werden.
19 und 20 zeigen eine weitere Ausführungsform, wo ein im Wesentlichen durchgängiges Gehäuse 140 anstelle einer Klammer 130 verwendet wird. 19 zeigt das Gehäuse, bevor die Transformator-Komponenten in seinem Inneren montiert wurden, und 20 ist ein Schnitt durch das Gehäuse mit dem an seinem Platz befindlichen Transformator.
Das Gehäuse hat elastische Laschen 142 nahe seinem oberen Rand, Endausschnitte 144 und Basisschlitze 146. Der in diesem Gehäuse zu montierende Transformator ähnelt dem, der in 16 gezeigt ist, und für seine Bauelemente werden die gleichen Bezugszahlen verwendet.
Die Größe des Gehäuses 140 ist so bemessen, dass, wenn der Transformator vollständig eingesetzt ist, die Oberseite des oberen Ferritkörpers 122 unter den Laschen 142 einrastet, wodurch die Laschen effektiv die Ferritkörper in einem in das Gehäuse hineingedrückten Zustand halten und das Flexband 120 dazwischen zusammengedrückt halten.
Die Anschlussenden 126, 128 des Flexbandes erstrecken sich an jedem Ende durch die Ausschnitte 144 aus dem Gehäuse heraus, verlaufen um die Außenfläche des Gehäuses herum und dann durch die Schlitze 146 hindurch zurück in das Gehäuse. Sobald sie sich wieder in dem Gehäuse befinden, kann der obere Ferritkörper endgültig nach unten eingerastet werden, um die freien Enden der Anschlüsse 126, 128 zwischen dem unteren Ferritkörper und der Basis 148 des Gehäuses zu erfassen. In dieser Figur ist festzustellen, dass die knollenartige Gestalt an dem unteren Ferritkörper 124a von 17 in diesem Fall durch Formen des Gehäuses 140 und nicht durch Formen des unteren Ferritkörpers hergestellt ist.
21 zeigt eine ähnliche Anordnung, wo ein Transformator, der aus Ferritkörpern 150, 152 und einem Flexband 154 besteht, in einen rechteckigen Kasten 156 eingerastet ist. Der Kasten 156 hat Laschen 158, und wenn der Transformator richtig eingesetzt ist, so sind die Laschen 158 in einem Schlitz 160 auf der Oberseite des oberen Ferritkörpers 150 aufgenommen. Die Art und Weise, wie die Anschlussenden 162 des Flexbandes mit externen Bauelementen verbunden sind, ist nicht in dieser Figur veranschaulicht.
22 zeigt eine Abfolge von Schritten beim Zusammenbau eines Transformators gemäß der Erfindung. In 22a sind die drei Hauptbauelemente in auseinandergezogener Ansicht gezeigt, und zwar der obere Ferritkörper 150, das Z-förmig gefaltete Flexband 154 und der untere Ferritkörper 152. In dieser Figur ist zu sehen, dass der untere Ferritkörper Kernstücke 164 aufweist, die sich von der Innenfläche des Körpers nach oben erstrecken und die sich durch Löcher in dem gefalteten Flexband erstrecken (zum Beispiel die Löcher 22 in 7). Diese Kernstücke können sich direkt durch das gefaltete Flexband hindurch bis zu einer flachen Unterseite des oberen Körpers 150 erstrecken, oder der obere Körper 150 kann ähnliche Kernstücke aufweisen, und die Kernstücke des oberen und des unteren Körpers können sich auf halbem Weg durch das gefaltete Flexband treffen.
22b zeigt die drei Bauelemente im zusammengebauten Zustand, wobei ein Anschlussende 162 des Flexbandes 154 frei liegt. Obgleich in dieser Figur nicht gezeigt, gibt es ein ähnliches freiliegendes Anschlussende an dem gegenüberliegenden (verborgenen) Ende der Baugruppe. Dieses Anschlussende ist unter dem unteren Ferritkörper 152 (22c) in einer ähnlichen Weise gefaltet, wie in 16 gezeigt. Um die Baugruppe in diesem Zustand zu halten, greift eine U-förmige Klammer 166 in entsprechende Nuten 168, 170 auf der Ober- und der Unterseite des Körpers 150, 152 ein. 22e zeigt den fertigen Zustand des Transformators.
23 und 24 zeigen zwei alternative Konfigurationen, bei denen beide Enden des Flexbandes auf derselben Fläche aus dem Bauelement herausführen, um eine Verbindung mit externen Anschlüssen herzustellen. In diesen Figuren sind die Ferritkörper 322 voneinander beabstandet gezeigt, um das Faltmuster der Flexbänder 410, 412 zeigen zu können.
In 23 haben die Punkte des Bandes 410, zu denen eine Verbindung hergestellt wird, die Form von "Höckern" 411, 413, die aus der Ebene des Bandes herausgedrückt sind. Die Höcker werden zunächst in entgegengesetzte Richtungen herausgedrückt, und dann, wenn das Band gefaltet ist, ragt der Höcker 413 durch ein Loch 415 in dem Band hindurch, so dass beide "Höcker" in dieselbe Richtung ragen. Bahnen an einem Rand jedes Blattes stehen mit Bahnen an einer Endregion 417 des Bandes 410 in elektrischem Kontakt (bei 419).
In 24 ist ein anderes Faltmuster für das Band 412 gezeigt. Hier befinden sich die "Höcker" an entgegengesetzten Enden des Bandes, liegen aber nach dem Falten des Bandes nebeneinander.
Es ist klar, dass das Muster der Bahnen auf dem Band so eingerichtet wird, dass jede gewünschte leitfähige Anordnung hergestellt werden kann, wobei die Bahnen und ihre Anschlüsse nach Wunsch über die Breite jeder Fläche des Bandes hinweg angeordnet werden können.
25 zeigt eine Unteransicht des Bauelements von 23.
36 zeigt ein modifiziertes Flexband 200. Dieses Band 200 ähnelt dem Band 20 von 6, hat aber Terminierungsbereiche 202. Wenn das Band 200 gefaltet wird, so stellen die Bereiche 202 einen Kontakt (wie mit Bezug auf 6 beschrieben) mit den Vergrößerungen 28 her. Weil die Terminierungsbereiche 202 relativ groß und gleichmäßig geformt sind, können sie einen großen Bereich aufweisen, mit dem externe Verbindungen hergestellt werden können.
26 bis 30 und 31 bis 35 zeigen zwei alternative Anordnungen, bei denen die Anschlussenden eines flexgefalteten Transformators (mit Mittenabgriffen) zuverlässig und exakt zum Beispiel mit einer gedruckten Leiterplatte verbunden werden können.
26 zeigt ein Flexband 170 mit Terminierungsbereichen, die mit 172 bezeichnet sind, an beiden Enden und an Positionen entlang jedes länglichen Randes des Bandes. 26 zeigt das Band 170, bevor es gefaltet ist, wobei einige der Linien, entlang denen es gefaltet wird, mit 175 bezeichnet sind. 27 zeigt die Unterseite des unteren Ferritkerns, nachdem das Band gefaltet und zwischen einem oberen und einem unteren Ferritkörper montiert wurde. Es ist zu sehen, dass sich die Anschlussabschnitte 172, 174, 176, 178 nun voneinander beabstandet an der Unterseite des Körpers 152 befinden. Als nächstes wird der zusammengebaute Transformator in ein Gehäuse 180 eingesetzt, das eine Kugelgitteranordnung in der Basis aufweist, so dass die Anschlüsse 172, 174, 176 und 178 einen Kontakt mit jeweiligen der Kugeln herstellen. 30 zeigt die Unterseite des Gehäuses 180 mit einer 4 × 4-Anordnung der Kugeln. Zum Beispiel kann der Anschluss 178 in Kontakt mit den vier Kugeln 178a stehen; der Anschluss 172 kann in Kontakt mit den vier Kugeln 172a stehen; der Anschluss 174 kann in Kontakt mit den vier Kugeln 174a stehen; und der Anschluss 176 kann in Kontakt mit den vier Kugeln 176a stehen. In dem Gehäuse werden zwischen den Anschlüssen und den Kugeln entsprechende Lötverbindungen hergestellt. Nachdem das Bauelement zusammengebaut ist, d. h. in dem Zustand, der in 29 gezeigt ist, kann es exakt an eine Leiterplatte gelötet werden, indem festgelegt wird, welche der Kugeln in der Anordnung an welche Verbindungen auf der Leiterplatte zu löten sind.
31 zeigt eine ähnliche Anordnung, aber in diesem Fall sind die Kugeln 190 an die Anschlüsse gelötet, und es sind nur Kugeln vorhanden, wo Verbindungen herzustellen sind. Somit zeigt 35 eine Anordnung ähnlich der von 30, wobei aber nur einige der Kugelstellen besetzt sind. Endgültige Verbindungen brauchen nur zwischen den besetzten Kugelstellen und den entsprechenden Verbindungen auf der Leiterplatte hergestellt zu werden.
Wenn das Flexband gefaltet wird, so kann es mit oder ohne Ineinanderlegen gefaltet werden. 37 zeigt ein nicht ineinander gelegtes Faltmuster mit Ferritkernen 201, 203, wo sich alle aus einem Satz 204 aus gefalteten Blättern über allen des anderen Satzes 206 aus gefalteten Blättern befinden. 38 zeigt ein vollständig ineinander gelegtes Faltmuster, wo ein Paar gefalteter Blätter aus einem Satz 204 zwischen jedes Paar gefalteter Blätter aus dem anderen Satz 206 gelegt ist. Die Ferritkerne werden dann zusammengepresst, um die Z-förmig gefalteten Blätter dicht aneinander zu bringen.
39 zeigt ein Flexband 210, das zu einem Transformator gefaltet werden kann. Das Band hat primäre Wicklungssektionen 212 an einem Ende des Bandes und sekundäre Wicklungssektionen 214 an dem anderen Ende des Bandes. Die GLP-Terminierungen 216 befinden sich in der Mittelsektion. Die Wicklungsmuster sind so gestaltet, dass die Wicklungen an dem Terminierungsbereich 216 beginnen und enden.
Das Flexband 210 ist Z-förmig gefaltet, wie in 40 gezeigt. Die primäre Sektion hat eine Region 218, wo Blätter voneinander beabstandet sind und in die hinein der Sekundärwicklungsstapel später verschachtelt wird. 41 to 45 zeigen den Einbau dieses Bandes in einen Transformator. In 41 ist der Terminierungsbereich 216 gegen (unter) eine Ferritbodenplatte 220 angeordnet. Die Wicklungssektionen 212, 214 sind über die Ferritbodenplatte geklappt (42) und ineinander gelegt (43). Eine Ferritdeckplatte 222 ist mittels Leim, Klammern oder ähnlichem befestigt (45)
Ein attraktiver Nutzeffekt dieser Bauweise ist, dass es keine "Enden" gibt, die zu leimen oder zu arretieren wären. Der Ferrit selbst hält nach dem Fixieren der beiden Hälften an ihrem Platz die Baugruppe vollständig fest, wobei die freien Enden des Flexbandes effektiv ergriffen sind. Die Anordnung der Terminierungsteile 216 unterhalb der Ferritbodenplatte 220 macht es einfach, die Bauelemente an anderen Verbindungen, zum Beispiel auf einer GLP, zu befestigen.
Das Ineinanderlegen von primären und sekundären Wicklungen kann flexibler gestaltet werden als bei herkömmlichen Z-förmig gefalteten Transformatoren, wo die primären und sekundären Schichten einander folgen (vollständiges Verschachteln) und die Wicklungskapazität zu groß werden kann. In Vorwärtskonvertern kann ein zwei- oder dreifaches Ineinanderlegen die beste Wahl als ein Kompromiss zwischen Streuinduktivität und Wicklungskapazität sein.
Es kann ein einseitiges Flexband verwendet werden. Statikabschirmungen können auf der gegenüberliegenden Seite unter Verwendung einer dünnen Kupferschicht angeordnet werden.
46 zeigt Z-förmig gefaltete sekundäre Transformatorwicklungen 226 zusammen mit einer zweiteiligen Buchse oder Hülse 224a, 224b. Die zwei Hälften dieser Buchse passen von oben und von unten her in ein Loch 225 und klammern zusammen, um eine Auskleidung für das Loch 225 zu bilden und um ein Loch 228 bereitzustellen, durch das ein Ferritkern 230 eingeschoben werden kann. Die Buchse 224 schafft verlängerte Kriechpfade 232, 234 (zum Beispiel können diese Pfade 6 mm lang sein) zwischen primären und sekundären Wicklungen.
Die Verwendung der Buchse 224 macht es möglich, bestimmte Mindestvorgaben für Kriechstrecken und Spielräume einzuhalten. Nehmen wir an, dass sich die Bahnen der Primärwicklung nahe dem Ferritmittelpol befinden. Dann muss ein Mindestkriechabstand vom Mittelpol zur Sekundärwicklung eingehalten werden, was problemlos entlang des Labyrinthweges 232, der in 47 veranschaulicht ist, und über die Flansche 238 der Buchse, wie bei 234 gezeigt, erreicht werden kann. Die Buchse besteht vorzugsweise aus zwei Kunststoffformteilen.
Alternative Wicklungsmuster für Z-förmig gefaltete Transformatoren gemäß der Erfindung sind in den 49, 50, 52 und 53 gezeigt. Bei den hier gezeigten Wicklungsgestaltungen wird kein Lötresist, keine Laminierung oder sonstige Isolierung auf dem Flexband nach der Anordnung der Bahnen und vor der Z-Faltung benötigt.
48 zeigt ein herkömmliches Wicklungsmuster mit einer Bahn 300 auf einem Flexband 302 mit Löchern 305 für einen Ferritkern und Falzlinien 304. Es wird eine Isolierschicht (Lötresist, Farbe, Epoxid, Band usw.) benötigt, um zu verhindern, dass sich die Leiterbahnen 300 gegenseitig kurzschließen, wenn das Band gefaltet wird.
49 zeigt ein alternatives Leitermuster auf einem Flexband 302 mit zwei Reihen von Kernlöchern 305. Dieses Band kann an den Falzlinien 304 Z-förmig gefaltet werden, ohne dass sich Kupferleiter gegenseitig kurzschließen, weil die Wicklungswindungen an Z-förmig gefalteten Sektionen 306 ausgebildet sind, die durch das Isoliersubstrat getrennt sind. Das Falten an den drei Falzlinien 304 erzeugt eine Konzertina mit zwei Löchern für Ferritkerne, aber ohne kurzgeschlossene Bahnen. Es wird in Betracht gezogen, dass dies auch für einen zweiteiligen Ferrit 308 mit zwei Mittelpolen 310, 312 passt, wie in 51 gezeigt.
Im gefalteten Zustand verlaufen die Bahnen immer im Uhrzeigersinn um einen Pol herum und entgegen dem Uhrzeigersinn um einen anderen herum, so dass der Magnetkreis geschlossen ist. Zum Beispiel kann die Magnetflussrichtung an einem Glied nach unten und an dem anderen nach oben verlaufen, wodurch sich der Magnetfluss in einem Kreis bewegen kann.
Das Band von 50 hat ein Basisleitermuster, das dem von 49 entspricht, dem aber zusätzliche Kupferleiterbereiche 301 hinzugefügt sind, wie mit Bezug auf die 2 und 3 dieser Spezifikation beschrieben. Wenn das Band um die Linien 304 gefaltet wird, so entsteht ein Kontakt zwischen Punkten auf der Bahn, wie zum Beispiel den Punkten A-A und B-B, wie in Verbindung mit 3 beschrieben. Die zusätzlichen Leiterteile 301 kontaktieren die ursprüngliche Leiterbahn 301, wodurch die Kupferdicke erhöht wird.
Die 52 und 53 zeigen Leitermusters mit vier Kernlöchern 305 auf jedem Blatt. Die Anordnung von 52 erzeugt nach dem Falten vier Windungen um die Kerne in den Löchern 305. Die Anordnung von 53 wendet die Prinzipien von 50 auf das Band von 52 an.
Es ist auch möglich, eine oder mehrere Längsfaltungen im Anschluss an das Querfalten auszuführen. So hätten zum Beispiel die 49 und 50 drei Querfaltungen 304 und eine abschließende Längsfaltung 314. Dadurch würde ein einzelnes mittiges Loch in dem Stapel für einen herkömmlichen Mittelpol entstehen. Der Vorteil dabei ist, dass keine Isolierung auf dem Kupfer benötigt wird, um ein Kurzschließen von Bahnen zu verhindern. Die Bänder der 52 und 53 könnten auch längs gefaltet werden. Es ist auch durchaus möglich, zuerst die Längsfaltung und dann die Querfaltung auszuführen, wobei sich jedoch in diesen Fällen die zusätzlichen Kupfersegmente 301 in den 50 und 53 an anderen Stellen befinden müssten.
Die Verwendung der Wicklungsmuster der 49–50 oder 52–53 ermöglicht die Verwendung eines Substrats ohne zusätzliche Isolierung, das einfacher herzustellen ist und weniger kostet.
Die 54 bis 57 sind schematische Illustrationen verschiedener Terminierungstypen, die es ermöglichen, Z-förmig gefaltete Transformatoren mittels herkömmlicher Montagetechnologie an einer Leiterplatte zu montieren.
54 zeigt einen Sockel 500, der in der Regel aus einem isolierenden Kunststoffmaterial geformt ist, wobei Anschlussstifte 502 von dem Sockel nach oben abstehen. Die Stifte 502 erstrecken sich unterhalb des Sockels in einer Konfiguration, die entweder für eine Oberflächenmontagetechnologie (durchgezogene Linien) oder für eine Durchgangslochmontagetechnologie (Strichlinien) vorgesehen ist. Der Sockel besteht notwendigerweise aus Isoliermaterial und hat zu gewährleisten, dass das fertige, Z-förmig gefaltete Bauelement eine steife Struktur hat.
55 zeigt ein Z-förmig gefaltetes Band 508, das auf dem Sockel montiert ist, und mit elektrischen Terminierungen zwischen leitfähigen Bahnen auf dem Band und dem Anschlussstift 502b bei 504. Das Band 508 kann Löcher haben, die über den Stiften 502 angeordnet werden können. Einige der Löcher können von leitfähigen Bahnen umgeben sein, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Band und den Bahnen hergestellt werden kann, zum Beispiel durch Löten. Weitere Löcher brauchen möglicherweise nur eine physische Stelle bereitzustellen, um zu gewährleisten, dass das Band korrekt auf dem Sockel positioniert ist. Um das Bauelement fertigzustellen, muss ein Ferritkörper montiert werden, und dieser erstreckt sich über den Teil des Flexbandes, der durch den Doppelpfeil 506 angedeutet ist. Diese Länge entspricht dem dickenreduzierten Bereich 509 des Sockels. Um die Höhe des fertigen Bauelements über der Leiterplatte, auf der es montiert werden soll, zu minimieren, passt das Ferrit teilweise unter den Sockel, und der Sockel sollte entsprechend der Anordnung der notwendigen Isolierung an diesem Punkt so dünn wie möglich sein.
Es ist auch möglich (56), elektrischen Verbindungen zwischen Bahnen auf dem Band und den Anschlussstiften 502 herzustellen, indem man Teile der Bänder an den Stiften anliegen lässt und dann Lot aufbringt, um die Verbindung herzustellen. Dies ist bei 510 gezeigt.
57 zeigt einen Transformator mit Merkmalen, wie sie in den 54 bis 56 gezeigt sind, in teilweise zusammengebauter Form. Die leitfähigen Bahnen 512, ein mittiges Loch 514 für einen Ferritkern und Löcher 516 zum Montieren über den Stiften 502 sind alle in dieser Figur zu sehen. Das Band 508 ist Z-förmig gefaltet, um das in 58 gezeigte kompakte Paket zu bilden, und dieses Paket wird dann an dem Sockel montiert, wobei die Löcher 516 über die Stifte 502 geschoben werden. Ein zweiteiliger Ferritkern 518a, 518b mit einem mittigen Kern 522 wird dann an der Baugruppe installiert, wobei der Kern 522 durch das Loch 514 hindurch verläuft, um ein fertiges Produkt zu bilden, wie in 59 gezeigt. Die zwei Hälften des Kerns können zum Beispiel durch Leimen zusammengehalten werden.
Das obere Blatt 520 des in den 57 bis 59 gezeigten Bandes hat keine leitfähigen Bahnen. Dieses Blatt wird auf dem Stapel umgefaltet und bildet eine Isolierschicht zwischen Bahnen auf dem Blatt darunter und der Oberfläche des Ferrits.
Die 60 bis 62 zeigen einen ähnlichen Aufbau, aber diesmal ist das Z-förmig gefaltete Band mit anderen, leitenden, Blättern 540 ineinander gelegt. Diese Blätter 540 sind aus Kupferfolie gestanzt und haben zu Beginn die in 63 gezeigte Form. Sie werden um eine Falzlinie 542 gefaltet, bevor sie mit dem Flexband 508 ineinander gelegt werden. Die Blätter 540 stellen einen elektrischen Kontakt mit den Pfosten 502 her, wie insbesondere in 61 zu erkennen ist. Das Verwenden ineinander gelegter Leiter auf diese Weise erweitert die Bandbreite möglicher "Wicklungs" und Abgriffskonfigurationen, die realisiert werden können.
62 zeigt eine Unteransicht dieses fertigen Bauelements, wobei die Stifte 502 an Positionen gesetzt sind, die für die Oberflächenmontage des Bauelements auf einer Leiterplatte geeignet sind. Diese Figur zeigt auch Ausnehmungen 544 in dem Sockel 500 neben der Position, wo der Ferritkörper 518a installiert wird. Als ein abschließender Herstellungsschritt werden diese Ausnehmungen mit einer härtbaren Masse, wie zum Beispiel einem Epoxidharz, gefüllt, um den Sockel 500 fest mit dem Ferritkörper 518a zu vereinen, um Steifigkeit zu verleihen.
65 zeigen vier Ansichten desselben Flexbandes 600 vor dem Falten. Die Falzlinien sind bei 602 angedeutet. 65a zeigt das Muster aus Kupferleitern 604 auf der Oberseite. 65b zeigt das Muster aus Kupferleitern 606 auf der Unterseite. 65c zeigt das Muster des Resists 608, der über dem Kupfer auf der Oberseite aufzubringen ist, und 65d zeigt das Muster des Resists 610, der über dem Kupfer auf der Unterseite aufzubringen ist. 66 zeigt einen beispielhaften Schnitt durch das Band und veranschaulicht die relativen Positionen der Schichten.
Es ist zu erkennen, dass die Falzlinien in einigen Fällen Kupferbereiche der Kupferbahnen kreuzen und in einigen Fällen kupferfreie Bereiche kreuzen. Wo die Falzlinien Kupferbereiche kreuzen, liegt die Kupferbahn am Rand der Faltung frei, so dass elektrische Verbindungen an diesem Punkt hergestellt werden können. Zu diesem Zweck wird der Resist entfernt, wo solche Verbindungen herzustellen sind, und das kann man zum Beispiel erkennen, wenn man die Region, die bei A in 65b eingekreist ist, mit der Region vergleicht, die bei B in 65d eingekreist ist. Die Resistbeschichtung ist in Bereichen unterbrochen, wo sie nicht benötigt wird, um zu vermeiden, dass die Dicke des gefalteten Bandes unnötig vergrößert wird.

Claims

Induktives Bauelement, das ein Isoliersubstrat mit leitfähigen Bahnen (12) umfasst, die auf dem Substrat (10) verlegt sind, wobei das Substrat zu mehreren verbundenen, überlappenden Blättern gefaltet und (bei 16) mit einem magnetischen Kern kombiniert ist, um das induktive Bauelement zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Bahnen freiliegende leitfähige Flächen (X) haben und mit anderen freiliegenden leitfähigen Flächen (X) auf benachbarten Blättern in elektrischem Kontakt stehen.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Bahnen auf den Blättern durch die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Bahnen (12) auf benachbarten Blättern in Reihe geschaltet werden.
Induktives Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Bahnen auf den Blättern durch die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Bahnen (12) auf benachbarten Blättern parallel geschaltet werden.
Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Bahn (12) auf mindestens einer der gegenüberliegenden Flächen benachbarter Blätter mit Isolierung (18) versehen ist, um elektrischen Kontakt zwischen den Bahnen (12) auf den gegenüberliegenden Flächen zu verhindern.
Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich jede Bahn (12) nur über ein Blatt erstreckt.
Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich jede Bahn (12) über ein Paar benachbarter Blätter erstreckt.
Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich jede Bahn (12) über alle Blätter eines Flexbands erstreckt.
Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungen (28) zwischen benachbarten Blättern an den Rändern der Blätter angeordnet sind.
Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen irgendeinem jeweiligen Paar benachbarter Blätter mehr als eine Verbindung besteht.
Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Anschlüsse (46, 56) zur Herstellung elektrischer Verbindungen mit anderen Bauelementen, die auf ein und derselben Fläche des Bauelements angeordnet sind, aufweist.
Flexibles, faltbares Isoliersubstrat (10), auf dem leitfähige Bahnen (12) verlegt sind und das Löcher (16) zur Aufnahme eines magnetischen Kerns aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Bahnen freiliegende leitfähige Flächen (X) haben, die mit anderen freiliegenden leitfähigen Flächen (X) auf benachbarten Blattern in elektrischem Kontakt stehen, wenn das Substrat zu mehreren verbundenen, überlappenden Blättern gefaltet ist.
Substrat nach Anspruch 11, wobei sich jede Bahn (12) nur über ein Blatt erstreckt.
Substrat nach Anspruch 11, wobei sich jede Bahn (12) über ein Paar benachbarter Blätter erstreckt.
Substrat nach Anspruch 11, wobei sich jede Bahn (12) über alle Blätter eines Flexbands erstreckt.
Substrat nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Verbindungen (28) zwischen benachbarten Blättern an den Rändern der Blätter angeordnet sind.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen irgendeinem jeweiligen Paar benachbarter Blätter mehr als eine Verbindung besteht.
Z-förmig gefalteter Transformator, der ein Isoliersubstrat (10) mit leitfähigen Bahnen (12) umfasst, die auf dem Substrat verlegt sind, wobei das Substrat zu mehreren verbundenen, überlappenden Blättern gefaltet und mit einem magnetischen Kern kombiniert ist, um einen Transformator zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Bahnen freiliegende leitfähige Flächen (X) haben und mit anderen freiliegenden leitfähigen Flächen (X) auf benachbarten Blättern in elektrischem Kontakt stehen.
Transformator nach Anspruch 17, wobei das gefaltete Substrat durch einen magnetischen Körper (122, 124, 130), der das Substrat zum Zusammenklammern der Falten umgibt, in seinem gefalteten Zustand befestigt wird.
Transformator nach Anspruch 17 oder 18, wobei Mittenabgriffe (28) zwischen den Enden einer leitfähigen Bahn (12) liegen.
Transformator nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Isoliersubstrat (10) mehrere getrennte, darauf verlegte leitfähige Bahnen (12) hat und zu mehreren verbundenen, überlappenden Blättern gefaltet ist, wobei eine leitfähige Bahn tragende Blätter zwischen eine andere leitfähige Bahn tragenden Blättern liegen.