DE69911839T2

DE69911839T2 - Induktives Bauelement

Info

Publication number: DE69911839T2
Application number: DE69911839T
Authority: DE
Inventors: Martinus Johannes Maria De Graaf; Eelco Gerben Visser
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1999-04-29
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: US6259345B1; US6549111B1; DE69911839D1; TW403917B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines induktiven Elementes für Applikationen auf Printplatten, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:

a) das Anringen einer Anzahl vorwiegend paralleler elektrisch leitender Drähte in der Form einer Spritzgusseinrichtung,
b) das im Spritzgussverfahren Anbringen eines Kunstharzes am Umfang eines Teils der Drähte, und zwar derart, dass die Enden der Drähte frei bleiben,
c) das Anbringen einer Hülle aus einem weichmagnetischen Material um den am Umfang im Spritzgussverfahren vorgesehenen Teil der Drähte, und
d) das Neu Formen der Enden der Drähte.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein induktives Element. Der Ausdruck "induktives Element" umfasst u. a. Induktoren, wie insbesondere Leistungsinduktoren, und Induktionsspulen, sowie Transformatoren, wie insbesondere Leistungstransformatoren.
Das Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie das nach diesem Verfahren hergestellte induktive Element sind an sich bekannt.
Es hat sich aber in der Praxis herausgestellt, dass die nach dem oben genannten Verfahren hergestellten induktiven Elemente zu Problemen Führen. So variieren beispielsweise im Falle von in Massenfertigung hergestellten induktiven Elementen die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Elemente in einem unerwünschten Ausmaß. Es hat sich herausgestellt, dass die Magnetfelder, die im Betrieb dieser Elemente erzeugt werden, nicht optimal homogen sind. Es hat sich ebenfalls herausgestellt, dass in diesen Elementen manchmal ein Kurzschluss auftritt. Diese Nachteile steigern sich, je nachdem die Dicke oder der Durchmesser der Drähte kleiner gewählt wird.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zu vermeiden. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, induktive Elemente mit verbesserten elektrischen und magnetischen Eigenschaften zu erzeugen. Es ist außerdem eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes induktives Element zu schaffen.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden erfüllt durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Teile der Drähte, die am Umfang im Spritzgussverfahren mit einer Schicht versehen werden sollen, während der Durchführung des Spritzgussverfahrens in der Form mit Hilfe von Mitteln zum Sichern der Drähte gesichert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die experimentell erhaltene Erkenntnis zugrunde, dass Verformung der Drähte während des Spritzgussprozesses für die Nachteile verantwortlich ist. Diese Verformung wird verursacht durch die Kraft, wobei der Kunstharz in die Form gespritzt wird. Die genannte unerwünschte Verformung wird dadurch wesentlich reduziert und manchmal sogar vermieden, dass die Drähte während des Spritzgussprozesses in der Form befestigt werden.
Es sei bemerkt, dass es im Grunde ebenfalls möglich ist, die Drähte aneinander zu befestigen, beispielsweise mit Hilfe eines Klebestreifens. Diese Möglichkeit erfordert aber einen zusätzlichen Prozessschritt, nämlich das Anbringen des Klebestreifens. Außerdem hat es sich herausgestellt, dass diese Lösung weniger befriedigend ist, wenn Kunstharze verwendet werden, die mit einer hohen Temperatur in die Form gegeben werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform weist das Kennzeichen auf, dass die Mittel wenigstens ein Paar länglicher Teile aufweisen, die in der Form vorgesehen werden und zwischen denen die Drähte geklemmt werden. Diese Teile können beispielsweise derart einverleibt werden, dass sie in Form von Messern sind, die, wenn die Formteile geschlossen sind, klemmend auf den Drähten ruhen. Wenn ein Paar dieser Art von Messern verwendet wird, werden die Messer vorzugsweise derart in der Form vorgesehen, dass etwa die Mitte des Teils der im Spritzgussverfahren zu behandelnden Drähte fest geklemmt wird.
Eine verfeinerte Modifikation der letzt genannten Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Mittel wenigstens zwei Paare länglicher Teile aufweisen, die mit Zähnen versehen sind, zwischen denen die Drähte festgehalten werden, wobei diese Zähne über die genannten Teile derart verteilt sind, dass nebeneinander liegende Drähte von demselben Zähnepaar festgehalten werden. Durch diese Maßnahme ist der Kriechabstand zwischen benachbarten Drähten größer als bei der letztgenannten Ausführungsform. Folglich wird die Gefahr vor Problemen, verursacht durch Kurzschluss durch Feuchtigkeit reduziert.
Eine andere interessante Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Drähte einen Teil eines Leitungsrahmens bilden, deren Transportstreifen entfernt werden. Die Verwendung von Leitungsrahmen vereinfacht das Positionieren der Drähte in der Form der Spritzgusseinrichtung. Vorzugsweise werden die Drähte ebenfalls mit dem angrenzenden Draht bzw. mit den angrenzenden Drähten verbunden, und zwar an der Stelle, wo die Teile der Spritzgusseinrichtung während des Spritzgussvorgangs auf den Drähten ruhen. Dadurch wird vermieden, dass Spritzgussmaterial aus der Form gedrückt wird. Diese Verbindungen (die auch als "Sperrbalken" bezeichnet werden) müssen unterbrochen werden, nachdem der Kunstharz angebracht worden ist.
Eine weitere günstige Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass im Spritzgussverfahren ein thermoplastischer Kunststoff am Umfang der Drähte vorgesehen wird. Es sei bemerkt, dass im Grunde auch ein thermohärtender Kunststoff verwendet werden kann. Durch die Notwendigkeit aber, dass übliche thermohärtende Kunststoffe relativ lange Aushärtezeiten aufweisen, sind sie weniger interessant zur Verwendung in Massenfertigung. Vorzugsweise wird ein thermoplastischer Kunststoff auf Basis von flüssigkristallenen Polymeren verwendet. Die genannten Polymere lassen sich auf einfache Weise im Spritzgussverfahren behandeln und haben relativ gute flammlöschende Eigenschaften.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein induktives Element, das eine Anzahl vorwiegend paralleler elektrisch leitender Drähte aufweist, die in einem Spritzgussprozess am Umfang mit einem Kunststoff versehen werden, wobei der mit Kunststoff versehene Teil der Drähte in einem blockförmigen, unverteilten Kern aus einem weichmagnetischen Material untergebracht wird. Vorzugsweise wird ein thermoplastischer Kunststoff verwendet. Das induktive Element nach der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 4 definiert. Wenn ein unverteilter Kern (d. h. ohne Verbindungsflächen) verwendet wird, ist die Homogenität des im Betrieb des induktiven Elementes erzeugten Magnetfeldes optimal. Vorzugsweise besteht der Kern vorwiegend aus einem weichmagnetischen Ferritmaterial. Sehr geeignete Ferritstoffe umfassen MnZn- und NiZn-Ferritstoffe.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Vorderansicht eines induktiven Elementes nach der vorliegenden Erfindung,
2 einen schematischen Längsschnitt durch das induktive Element aus 1,
3 eine Anzahl Zwischenerzeugnisse, erhalten mit Hilfe des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.
Es sei bemerkt, dass der Deutlichkeit halber, die Figuren nicht maßstabgerecht gezeichnet sind. Gleiche Elemente in den Figuren sind mit denselben Bezugszeichen angegeben.
1 zeigt eine Vorderansicht eines induktiven Elementes in Form eines Induktors. Dieses induktive Element umfasst einen blockförmigen, unverteilten Kern (1) aus einem weichmagnetischen Material, das in diesem Fall aus MnZn-Ferrit besteht. Der genannte Kern 1 hat ein durchgehendes Loch (2), durch das zehn Drähte (3) aus verzinntem Kupfer hindurch geführt werden. Diese Drähte sind an ihren Endteilen (4) derart abgewinkelt, dass das induktive Element als ein SMD-Element auf einer Printplatte (PCB) fest gelötet werden kann. Mit Hilfe eines Spritzgussprozesses werden die Drähte teilweise am Umfang mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff versehen, der in diesem Fall aus einem thermoplastischen Kunststoff auf Basis flüssigkristalliner Polymere besteht.
2 ist ein schematischer Längsschnitt durch ein induktives Element aus
1.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird mit Hilfe der 3-A, 3-B und 3-C näher erläutert. 3-A zeigt einen Teil eines Leitungsrahmens (5) aus verzinntem Kupfer, der zehn im Wesentlichen parallele Drähte (3) aufweist, die in dem Leitungsrahmen vorgesehen sind. Die Drähte sind an ihren Enden (6) mit den Transportstreifen (7) des Leitungsrahmens (5) verbunden. Nach der dargestellten Ausführungsform sind die Drähte (3) ebenfalls an Stellen (8) mit benachbarten Drähten, sog. "Sperrbalken" verbunden. Ein Leitungsrahmen umfasst eine Vielzahl dieser Drahtstrukturen, wie in 3-A dargestellt.
Die im Wesentlichen parallelen Drähte (3) werden danach in die Form einer (nicht dargestellten) Spritzgusseinrichtung gegeben. Derjenige Teil der Drähte, der am Umfang im Spritzgussverfahren behandelt werden soll, wird durch die genannten "Sperrbalken" (8) begrenzt. Durch das Vorhandensein dieser Sperrbalken wird das Spritzgussmaterial nicht zwischen die Drähte gepresst.
Die Pressform der Spritzgusseinrichtung umfasst Mittel zum Befestigen der Drähte während des Spritzgussvorgangs. Diese Mittel bestehen in ihrer einfachsten Form aus zwei Messern, die mit der Form verbunden sind, zwischen denen die Drähte im Wesentlichen in der Mitte fest geklemmt werden. 3-B ist eine Draufsicht des Leitungsrahmens, nachdem ein Teil der Drähte am Umfang im Spritzgussverfahren entsprechend dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung bedeckt worden ist. Bei diesem Verfahren wird eine Schicht (9) aus einem Kunststoff vorgesehen, wobei diese Schicht sich bis an die "Sperrbalken" (8) erstreckt. Durch das Vorhandensein der Messer wird ein Kanal (10) in der Schicht (9) gebildet, in dem die Drähte (3) auf einfache Weise erkannt werden können.
Danach werden die "Sperrbalken" (8) und die Transportstreifen von dem Leistungsrahmen entfernt. Nach dem Anbringen einer geringen Menge eines Klebstoffes auf einer Hauptfläche oder auf den beiden Hauptflächen des am Umfang im Spritzgussverfahren angebrachten Kunststoffes wird eine unverteilte blockförmige Hülle aus einem weichmagnetischen Ferritmaterial (MnZn-Ferrit) über die am Umfang im Spritzgussverfahren mit Kunststoff versehenen Drähte geschoben. Zum Schluss werden die freien Enden der Drähte derart abgewinkelt, dass ein sog. Knickflügel gebildet wird, wodurch das resultierende induktive Element geeignet wird zur Verwendung als ein SMD-Element.
In 3-C ist eine verbesserte Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Pressform, die dazu verwendet wird, die Drähte im Spritzgussverfahren am Umfang mit Kunststoff zu bedecken, umfasst in diesem Fall zwei Paare länglicher Teile zum Befestigen der Drähte. Diese Teile sind mit Zähnen versehen, die über die Teile derart verteilt sind, dass benachbarte Drähte nicht von demselben Teilepaar fest gehalten werden. Durch das Vorhandensein dieser Zähne werden in der Schicht (9) Öffnungen (110 gebildet, in denen die Drähte (3) erkannt werden können. Dieses Verfahren sorgt dafür, dass der Kriechabstand zwischen benachbarten Drähten länger wird. Dadurch ist die Gefahr von Kurzschlussproblemen im Betrieb des induktiven Elementes unter feuchten Umständen gering. Die resultierende, am Umfang im Spritzgussverfahren bedeckte Struktur wird auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben in ein induktives Element umgewandelt.
Es hat sich herausgestellt, dass induktive Elemente von dem Typ, hergestellt nach dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung im Betrieb auf optimale Weise homogene Magnetfelder erzeugen. Auch stellt es sich heraus, dass die Gefahr vor elektrischen Kurzschlüssen klein ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines induktiven Elementes für Applikationen auf Printplatten, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: a) das Anringen einer Anzahl vorwiegend paralleler elektrisch leitender Drähte (3) in der Form einer Spritzgusseinrichtung, b) das im Spritzgussverfahren Anbringen eines Kunstharzes (9) am Umfang eines Teils der Drähte (3), und zwar derart, dass die Enden der Drähte (3) frei bleiben, c) das Anbringen einer Hülle aus einem weichmagnetischen Material (1) um den am Umfang im Spritzgussverfahren vorgesehenen Teil der Drähte (3), und d) das Neu Formen der Enden der Drähte (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Teile der Drähte (3), die am Umfang im Spritzgussverfahren mit einer Schicht versehen werden sollen, während der Durchführung des Spritzgussverfahrens in der Form mit Hilfe von Mitteln zum Sichern der Drähte gesichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drähte (3) einen Teil eines Teilungsrahmens (5) bilden, der Transportstreifen (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt umfasst, bei dem die Transportstreifen (7) von dem Rahmen (5) entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunstharz (9) ein thermoplastischer Kunstharz ist.
Induktives Element mit einer Anzahl vorwiegend paralleler elektrisch leitender Drähte (3), die eine teilweise am Umfang vorgesehene im Spritzgussverfahren angebrachte Deckschicht aus einem Kunstharz (9) aufweisen, wobei der im Spritzgussverfahren bedeckte Teil der Drähte (3) in einem blockförmigen, ungeteilten Kern (1) aus weichmagnetischem Material untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedeckung aus Kunstharz (9) mit einem Kanal (10) oder mit Öffnungen (11) versehen wird, in dem bzw. denen ein Teil der Drähte (3) erkannt werden kann.
Induktives Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) vorwiegend aus einem weichmagnetischen Ferritmaterial besteht.
Spritzgusseinrichtung zum Herstellen eines induktiven Elementes nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgusseinrichtung mit Mitteln versehen ist zum Befestigen der Drähte (3) in der Gussform.
Spritzgusseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens ein Paar länglicher Teile aufweisen, die in der Form vorgesehen werden und zwischen denen die Drähte (3) geklemmt werden.
Spritzgusseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens zwei Paare länglicher Teile aufweisen, die mit Zähnen versehen sind, zwischen denen die Drähte festgehalten werden, wobei diese Zähne über die genannten Teile derart verteilt sind, dass nebeneinander liegende Drähte (3) von demselben Zähnepaar festgehalten werden.