EP0702378B1 - Chip-Induktivität - Google Patents

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EP0702378B1
EP0702378B1 EP95114392A EP95114392A EP0702378B1 EP 0702378 B1 EP0702378 B1 EP 0702378B1 EP 95114392 A EP95114392 A EP 95114392A EP 95114392 A EP95114392 A EP 95114392A EP 0702378 B1 EP0702378 B1 EP 0702378B1
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EP
European Patent Office
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contact elements
chip inductor
winding
inductor according
core part
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EP95114392A
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English (en)
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EP0702378A2 (de
EP0702378A3 (de
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Uwe Dipl.-Phys. Hildebrandt
Wilfried Dipl.-Ing.(FH) Scherer
Manfred Dipl.-Phys. Espenhain
Ralf Dr. Ing. Humke
Hans-Dieter Dipl.-Ing. Eckardt
Winfried Dipl.-Ing. Grauer
Lothar Hock
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TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/10—Connecting leads to windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/076—Forming taps or terminals while winding, e.g. by wrapping or soldering the wire onto pins, or by directly forming terminals from the wire

Definitions

  • the invention relates to a chip inductance, in particular Air coil, choke or transformer, with a solid core made of ferromagnetic or electrically non-conductive Material, especially ferrite, ceramic or plastic, with one can be wound in one or more layers and in parallel Front ends of the core part of the changing room, at of the winding ends with contact elements arranged on the end face are welded.
  • Such a chip inductance is known from EP-0177759-B1 known.
  • the core part has in the area of the front ends arranged recesses for receiving platelet-shaped Contact elements are determined to which the winding wires be welded on.
  • the one required for ultrasonic welding leads minimum welding time of approx. 0.5 s even with automatic Feeding of component and welding sonotrodes at cycle times of approx. 1 s.
  • DE-3307773-A1 also describes an indirect method Laser welding of contact springs is known in the thin insulated winding wires by a plate against the direct Shielding laser radiation (sandwich technology), where the plate and the winding point on the component are different Parts are.
  • the material of the winding point is so neither shielding nor welding material.
  • DE-2946626-A1 describes another indirect method Laser welding described. Thereby, lead wires that e.g. are the winding ends of a coil to the connector pins contacted a carrier or printed circuit board, the connecting pins Parts of one contained in the carrier plate punched circuit or in the circuit of a circuit board are welded in.
  • this process is in SMT technology not applicable because the contacting of windings to connections on a board with the known High performance placement machines is not possible.
  • the winding on the electrical Connections of the component can be contacted.
  • the in the DE-2946626-A1 not included, to be wrapped pins on the component connections are due to the required small dimensions for chip inductors because of technical requirements for winding and because of the cost of the associated winding machines cannot be realized.
  • the object of the present invention is a chip inductance of the type mentioned at the beginning, the winding ends are welded to the contact elements, and with Cycle times under 1s can be produced in automated production are.
  • the contact elements are attached that the contact elements have a coating of a solder metal, and are designed such that they can be used both as shielding and as Welding material used in indirect laser welding and that Contact elements (2) have a recess (7) which as The winding and unwinding point is designed.
  • the 1 to 3 is a solid core part 4 with a Changing room 5 shown.
  • the winding 6 is in the winding space 5 the chip inductance arranged, which preferably consists of a There is copper wire with high temperature resistant enamel insulation.
  • Contact elements 2, which are part of a system carrier 1, are attached to the end faces 8 of the core part 4, preferably glued.
  • the system carrier 1, for example made of CuSn6 consists of a surface coating of a solder metal, preferably tin or a tin-lead alloy.
  • the contact elements have a recess 7, which in addition as the winding and unwinding point of the ends 9 of the winding 6 serves. Furthermore, the contact elements 2 are designed such that they are used as both shielding and welding material serve indirect laser welding. How especially out 3 shows the ends 9 of the winding 6 guided in the contact element 2 that they in the area of Recess 7 sandwiched between the contact elements 2 arranged parts come to rest. In this area the weld 10 attached.
  • the contact elements 2 have one Slot 3 on that the three-dimensional positioning of the Core part 4 is retained in the system carrier 1, but the Contact elements 2 in the slot 3 are interrupted.
  • chip inductors with system carrier 1 avoids the wrapping of winding and unwinding pins on the Component.
  • Sandwich technology with contact elements 2, which serve as shielding and welding material at the same time, avoids the positioning effort for separate shielding plates.
  • the contact elements 2 with slot 3 and recess 7 result in higher quality values for the chip inductance in comparison to uninterrupted contact elements with cutouts, which act as short-circuit winding.
  • the surface of the contact elements 2 made of solder is today required by the user as state of the art, and the Welded joint is stronger than a soldered joint and allows the use of winding wires with warm or highly heat-resistant paint insulation for the use of components Temperatures> 125 ° C. It is also encapsulated with high-temperature thermoplastics possible, as in DE-4023141-A1 is described. After all, laser welding only needs Welding times in the order of ms and enables thus cycle times under 1s, which are necessary for cost reasons are.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Chip-Induktivität, insbesondere Luftspule, Drossel oder Übertrager, mit einem massiven Kernteil aus ferromagnetischem oder elektrisch nicht leitendem Werkstoff, insbesondere Ferrit, Keramik oder Kunststoff, mit einem ein- oder mehrlagig bewickelbaren und gegenüber parallelen Stirnenden des Kernteils abgesetzten Wickelraum, bei der die Wicklungsenden mit stirnseitig angeordneten Kontaktelementen verschweißt sind.
Eine derartige Chip-Induktivität ist aus der EP-0177759-B1 bekannt. Dort besitzt das Kernteil im Bereich der Stirnenden angeordnete Aussparungen, die zur Aufnahme von plättchenförmigen Kontaktelementen bestimmt sind, an die die Wicklungsdrähte angeschweißt werden.
Das Anschweißen bei den bekannten Chip-Induktivitäten geschieht nach der EP-0200014-A1 mittels Ultraschallschweißung bei der lackisolierte Wicklungsdrähte mit den Kontaktelementen verbunden werden. Die mechanische Festigkeit der elektrischen Verbindung wird anschließend durch Abdecken der Schweißstelle mit einem Klebertropfen erhöht. Bei diesem Ultraschall-Schweißverfahren besteht die Schwierigkeit, daß bisher nur Kontaktelemente verwendet werden konnten, die einen Oberflächenüberzug aus Silber besitzen. Dies kann aber beim Verlöten in einer Platine wegen der Bildung von Silbersulfid zu Problemen führen und außerdem kann sich im Lötbad Silber anreichern, was nicht erwünscht ist. Wenn die Kontaktelemente dagegen einen Überzug aus einem Lötmetall besitzen, kommt keine ausreichende elektrische Verbindung beim Ultraschallschweißen zustande, da die Schmierwirkung von Zinn bzw. Zinn/Blei die Ausbildung von brauchbaren Schweißverbindungen verhindert.
Kontaktelemente, die in den Schweißbereichen eine Silberoberfläche und in den Lötbereichen zum Auflöten auf die Platine einen Überzug aus Lötmetall besitzen, können wegen der für Chip-Induktivitäten benötigten engen Toleranzen nur mit wirtschaftlich nicht vertretbarem Aufwand hergestellt werden.
Ferner führt die beim Ultraschallschweißen erforderliche minimale Schweißzeit von ca. 0,5 s auch bei automatischer Zuführung von Bauteil und Schweißsonotroden zu Zykluszeiten von ca. 1 s.
Eine Verkürzung der Zykluszeiten wäre an und für sich mit dem aus der DE-4039527-C1 bekannten direkten Laserschweißen möglich, das ohne Abschirmung des zu kontaktierenden Wickeldrahts gegen die Laserbestrahlung und ohne Systemträger arbeitet, jedoch setzt das dort vorgeschlagene Verfahren umfangreiche Entwicklungsarbeiten für neue Klebe-, Schweißund Wickeltechnologie voraus.
Weiter ist aus der DE-3307773-A1 ein Verfahren zum indirekten Laserschweißen von Kontaktfedern bekannt, bei dem dünne isolierte Wickeldrähte durch ein Plättchen gegen die direkte Laserbestrahlung abgeschirmt werden (Sandwich-Technologie), wobei Plättchen und Anwickelstelle auf dem Bauelement verschiedene Teile sind. Das Material der Anwickelstelle ist also weder Abschirm- noch Schweißmaterial. Schwierigkeiten bereitet bei diesem Verfahren der große maschinelle Aufwand, der erforderlich ist, um beim Laserschweißen den Systemträger mit Kontaktelementen und Kern, An- und Abwickelelemente und zusätzlich die beiden Abschirmplättchen zu positionieren.
In der DE-2946626-A1 ist ein anderes Verfahren zum indirekten Laserschweißen beschrieben. Dabei werden Leitungsdrähte, die z.B. die Wickelenden einer Spule sind, an die Anschlußstifte einer Träger- oder Leiterplatte kontaktiert, wobei die Anschlußstifte Teile einer in der Trägerplatte enthaltenen gestanzten Schaltung oder in die Schaltung einer Leiterplatte eingeschweißt sind. Dieses verfahren ist jedoch in der SMT-Technologie nicht anwendbar, da das Kontaktieren von Wicklungen an Anschlüsse auf einer Platine mit den bekannten Hochleistungsbestückautomaten nicht möglich ist. Um die Montageleistung der Bestückaotomaten nicht zu reduzieren, muß bei SMT-(Chip-)Induktivitäten die Wicklung an die elektrischen Anschlüsse des Bauelements kontaktiert sein. Die in der DE-2946626-A1 nicht enthaltenen, zu umwickelnden Anschlußstifte auf den Bauelementeanschlüssen sind wegen der geforderten kleinen Abmessungen bei Chip-Induktivitäten wegen der technischen Anforderungen beim Wickeln und wegen der Kosten der zugehörigen Wickelautomaten nicht realisierbar.
Schließlich ist aus der EP-0410211-A1 eine Schweißlötung bekannt, bei der Kupferdrähte mit warm- oder hochwarmfester Lackisolation bei Einsatz von phosphorhaltigem Hartlot in indirektem Laserschweißverfahren mit den Anschlußelementen von elektrischen Bauelementen verbunden werden. Dieses Verfahren ist für SMT-Induktivitäten ebenfalls nicht geeignet, da bei den Löttemperaturen, die bei Chip-Induktivitäten angewandt werden können mit dem erforderlichen Hartlot keine ausreichende Benetzung stattfindet. Erforderlich wären deshalb elektrische Anschlüsse mit Hartlot in den Schweißbereichen und mit Weichlotoberflächen in den Lötbereichen. Derartige Anschlüsse für Chip-Induktivitäten sind ebensowenig verfügbar wie solche mit einer Oberflächenkombination Silber und Lötmetall.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Chip-Induktivität der eingangs genannten Art anzugeben, deren Wicklungsenden an die Kontaktelemente angeschweißt sind, und die mit Zykluszeiten unter 1s in automatisierter Fertigung herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wicklungsenden mittels einer indirekten Laserschweißung an den Kontaktelementen befestigt sind, daß die Kontaktelemente einen Überzug aus einem Lotmetall besitzen, und derart ausgebildet sind, daß sie sowohl als Abschirm- als auch als Schweißmaterial bei der indirekten Laserschweißung dienen und daß die Kontaktelemente (2) eine Aussparung (7) aufweisen, die als An- und Abwickelstelle ausgelegt ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
In der dazugehörenden Zeichnung zeigen:
  • Fig.1 eine Seitenansicht einer Chip-Induktivität,
  • Fig.2 eine Draufsicht auf eine Chip-Induktivität und
  • Fig.3 eine stirnseitige Ansicht einer Chip-Induktivität.
    • In den Fig. 1 bis 3 ist ein massives Kernteil 4 mit einem Wickelraum 5 dargestellt. Im Wickelraum 5 ist die Wicklung 6 der Chip-Induktivität angeordnet, die vorzugsweise aus einem Kupferdraht mit hochtemperaturfester Lackisolation besteht. Kontaktelemente 2, die Teil eines Systemträgers 1 sind, sind an den Stirnseiten 8 des Kernteils 4 befestigt, vorzugsweise angeklebt. Der Systemträger 1, der beispielsweise aus CuSn6 besteht, weist einen Oberflächenüberzug aus einem Lotmetall, vorzugsweise Zinn oder eine Zinn-Blei-Legierung, auf.
    Die Kontaktelemente weisen eine Aussparung 7 auf, die zusätzlich als An- und Abwickelstelle der Enden 9 der Wicklung 6 dient. Ferner sind die Kontaktelemente 2 derart ausgebildet, daß sie sowohl als Abschirm- als auch als Schweißmaterial bei der indirekten Laserschweißung dienen. Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, werden die Enden 9 der Wicklung 6 derart im Kontaktelement 2 geführt, daß sie im Bereich der Aussparung 7 sandwichartig zwischen an den Kontaktelemente 2 angeordneten Teilen zu liegen kommen. In diesem Bereich wird die Schweißstelle 10 angebracht.
    Weiterhin weisen die Kontaktelemente 2 einen derartigen Schlitz 3 auf, daß die dreidimensionale Positionierung des Kernteils 4 im Systemträger 1 erhalten bleibt, aber die Kontaktelemente 2 im Schlitz 3 unterbrochen sind.
    Die Fertigung von Chip-Induktivitäten mit Systemträger 1 vermeidet das Umwickeln von An- und Abwickelstiften auf dem Bauelement. Die Sandwichtechnologie mit Kontaktelementen 2, die gleichzeitig als Abschirm- und Schweißmaterial dienen, vermeidet den Positionieraufwand für separate Abschirmplättchen. Die Kontaktelemente 2 mit Schlitz 3 und Aussparung 7 ergeben höhere Gütewerte für die Chip-Induktivität im Vergleich zu nicht unterbrochenen Kontaktelementen mit Aussparungen, die als Kurzschlußwicklung wirken.
    Die Oberfläche der Kontaktelemente 2 aus Lötmetall wird heute vom Anwender als Stand der Technik gefordert, und die Schweißverbindung ist fester als eine Lötverbindung und gestattet den Einsatz von Wickeldrähten mit warm- oder hochwarmfester Lackisolation für den Bauelementeeinsatz bei Temperaturen >125°C. Weiterhin ist ein Umspritzen mit Hochtemperaturthermoplasten möglich, wie es in der DE-4023141-A1 beschrieben ist. Schließlich benötigt das Laserschweißen nur Schweißzeiten in der Größenordnung von ms und ermöglicht damit Zykluszeiten unter 1s, die aus Kostengründen erforderlich sind.

    Claims (7)

    1. Chip-Induktivität, insbesondere Luftspule, Drossel oder Übertrager, mit einem massiven Kernteil aus ferromagnetischem oder elektrisch nicht leitendem Werkstoff, insbesondere Ferrit, Keramik oder Kunststoff, mit einem ein- oder mehrlagig bewickelbaren und gegenüber parallelen Stirnenden des Kernteils abgesetztem Wickelraum, bei der die Wicklungsenden mit stirnseitig angeordneten Kontaktelementen verschweißt sind,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsenden (9) mittels einer indirekten Laserschweißung an den Kontaktelementen (2) befestigt sind, daß die Kontaktelemente (2) einen Überzug aus einem Lotmetall besitzen, und derart ausgebildet sind, daß sie sowohl als Abschirm- als auch als Schweißmaterial bei der indirekten Laserschweißung dienen und daß die Kontaktelemente (2) eine Aussparung (7) aufweisen, die als An- und Abwickelstelle ausgelegt ist.
    2. Chip-Induktivität nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Zinn oder einer Zinn/Bleilegierung besteht.
    3. Chip-Induktivität nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (2) als Systemträger (1) ausgebildet sind.
    4. Chip-Induktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (2) einen derartigen Schlitz (3) aufweisen, daß die dreidimensionale Positionierung des Kernteils (4) im Systemträger (1) erhalten bleibt und die Kontaktelemente (2) im Schlitz (3) unterbrochen sind.
    5. Chip-Induktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (2) an den Stirnenden (8) des Kernteils (4) mittels eines Klebers befestigt sind.
    6. Chip-Induktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (2) aus CuSn6 mit einem Lötmetallüberzug bestehen.
    7. Chip-Induktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsdrähte (6) aus, vorzugsweise hochtemperaturfestem, Kupferlackdraht bestehen.
    EP95114392A 1994-09-14 1995-09-13 Chip-Induktivität Expired - Lifetime EP0702378B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE4432740A DE4432740A1 (de) 1994-09-14 1994-09-14 Chip-Induktivität
    DE4432740 1994-09-14

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP0702378A2 EP0702378A2 (de) 1996-03-20
    EP0702378A3 EP0702378A3 (de) 1996-04-24
    EP0702378B1 true EP0702378B1 (de) 2004-08-18

    Family

    ID=6528209

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    EP (1) EP0702378B1 (de)
    JP (1) JP3961036B2 (de)
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