EP0884741A1 - Elektronisches Bauelement - Google Patents

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EP0884741A1
EP0884741A1 EP97109720A EP97109720A EP0884741A1 EP 0884741 A1 EP0884741 A1 EP 0884741A1 EP 97109720 A EP97109720 A EP 97109720A EP 97109720 A EP97109720 A EP 97109720A EP 0884741 A1 EP0884741 A1 EP 0884741A1
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EP
European Patent Office
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component
contact
underside
component body
threads
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Withdrawn
Application number
EP97109720A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Puskas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ibek Georg Puskas Ingenieurbuero
Original Assignee
Ibek Georg Puskas Ingenieurbuero
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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
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances

Definitions

  • the invention relates to an electronic component with a integrated component body that has at least two contact threads has, which are connected to two contact elements with which the component body attachable to a circuit board is.
  • a number of electronic components are made on substrates integrated. This affects, for example, planar transformers, in which the coil body in the integrated component body is provided.
  • Such an electronic component is out the catalog "Inductive Ferrite Components” from Siemens Matsushita Components GmbH & Co. KG known from 1996. This product book explains that the manufacturer has two supplies different types of contact elements. These are for one the so-called J-connections and the other the so-called Articulated wing connections.
  • This embodiment is disadvantageous in that the component cannot be fastened flat on the circuit board.
  • the invention lies Task based on an electronic component of the beginning to improve the type mentioned so that it is directly on the PCB is attachable.
  • this object is achieved for an electronic component of the type mentioned in that the Contact elements on the surface of the integrated component body are guided to the underside so that the component body, can be placed directly on the circuit board with its underside is.
  • An advantage of the galvanic coating of the component body from end points of those provided in the integrated component body Circuit on the surface starting at the bottom of the electronic component lies in the fact that the electronic Component can now be generated in one production run.
  • a method of manufacturing this electronic component is characterized in that the component in layers is integrated and that on the side surfaces of the component body contact surfaces leading to the underside of the component body are applied to the underside of the component body are extended.
  • a particularly advantageous embodiment of such an electronic Component lies in the design of planar transformers, where a core on the integrated component body is put on.
  • FIG. 1 shows an electronic component 1, in a Bottom view. So the view is like being from a circuit board on which the component is mounted would be looking at the component 1 from below.
  • the electronic component 1 is a planar transformer that consists of an integrated component body 2 and a core 3.
  • the integrated component body 2 are in one or more coils parallel to the plane of the drawing are provided, which are essentially circular or rectangular around the point of symmetry of the component body 2 run around.
  • On this with the in 2 and 3 better recognizable axis 4 is in the integrated Component body preferably milled a hole 13 through which the core 3 is pluggable.
  • connection ends of those provided in the component body 2 Coil or coils lead into the semi-circular recessed Areas 5 up to the side edges 6 of the integrated component body. In the illustrated embodiment, these are based on six on one side and four on the other Body 2 led out contact points. At locations 5 of the contact points are each semicircular vertically to the drawing plane Recesses are provided in a subsequent manufacturing step have been coated with a conductive material, to form contact surfaces 7. Extend these contact surfaces 7 on the underside 8 of the body 2 to the lower contact surfaces 9. The component 1 can therefore directly on the bottom 8 a printed circuit board are placed, the conductive connection of the individual contact surfaces 9 with the circuit board by soldering can be created.
  • the usual dimensions of such a planar transformer are for example a width between the two side surfaces 6 of 15 millimeters and a length of, for example, 10.8 millimeters, where the length over everything, that is including the protruding parts of the core 3 is 14 millimeters.
  • a Design of such transformers for larger outputs can Use substrates with larger dimensions.
  • length and width of the substrate in the range of ten centimeters can be chosen. The advantage of the low height will now become clearer in connection with FIG. 2.
  • FIG. 2 shows a front view of an electronic component 1 according to Fig. 1.
  • the same features are in all drawings provided with the same reference numerals.
  • Recesses 5 are provided, which are metallized accordingly a conductor connection to the lower contact surfaces 9 on the Manufacture underside 8 of component body 2.
  • a rectangular recess 10 is provided from below, the depth of the recess 10 up to its rear edge 11 is 1.6 millimeters, for example.
  • this cuboid Recess 10 is then miniaturized in the manufacture Transformer of core 3 used. For example, this has a height of 5 millimeters, both of which are the component 2 encompassing yokes 12 have a height of 1.5 millimeters. This ensures that even taking into account the manufacturing tolerances the bottom 18 of the core 3 safely above the Bottom surface 8 of the component body 2 is arranged so that the electronic component 1 with its lower surface 8 and Contact surfaces 9 can be placed directly on a circuit board.
  • FIG. 3 shows a side view of the electronic component 1. It is the side surface 6, the semicircular Recesses 5 and the contact surfaces 9 on the underside clearly visible. In addition, the height is dashed the recess 10 with its rear edge 11 to recognize the around the core 3 lies.
  • FIG. 4 finally shows a schematic section a substrate with two rows of two each shown in full and two adjacent components 1 shown in part in different production stages using a preferred manufacturing process.
  • the individual are Components 1 only partially executed, on the one hand for clarification continuous production, on the other for reasons of simplification.
  • a first coil layer 21 drawn in, with two contact threads on each side 22 extend into the area of the later side surface 6. It several layers of coils are provided here, of which on the left below two, namely the coils 21 and 31 are shown. This one four contact threads 22 and 32 are assigned here.
  • the electronic component according to the invention is for each type of switching element suitable, but it is advantageous used for planar transformers and similar components is where a circuit is built on a substrate can be.
  • the contact surfaces 9 on the Bottom 8 of the substrate applied such as one rectangular two adjacent components 1 encompassing Form contact surface 9.
  • the Contact threads 22 and 32 provided locations in the area of the side surfaces 6 holes drilled, which are metallized in a simple manner can be around the contact threads 22 with the contact surface 9 to connect. In a simplified embodiment it is also possible to do without these holes, but has then the conductive connection between the contact threads 22 and 32 and the contact surfaces 9 after cutting the substrate to happen in individual components 1.
  • planar transformers shown here with four or six contact points are all other electronic Components realizable, especially those where one Inductance is provided.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement mit einem integrierten Bauelementkörper (2). Dieser verfügt über mindestens zwei Kontaktfäden, die mit zwei unteren Kontaktflächen (9) verbunden sind. Über diese Kontaktflächen (9) ist der Bauelementkörper (2) auf einer Leiterplatte befestigbar. Die Kontaktflächen (9) sind auf der Oberfläche (7) des integrierten Bauelementkörpers (2) auf die Unterseite (8) geführt, so dass der Bauelementkörper (2) mit seiner Unterseite (8) direkt auf die Leiterplatte aufsetzbar ist. Dies ist besonders vorteilhaft bei Vorsehen einer unteren Ausnehmung (10), in die ein Kern (3) für einen planaren Transformator einsetzbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement mit einem integrierten Bauelementkörper, der über mindestens zwei Kontaktfäden verfügt, die mit zwei Kontaktelementen verbunden sind, mit denen der Bauelementkörper auf einer Leiterplatte befestigbar ist.
Eine Reihe von elektronischen Bauelementen werden auf Substraten aufintegriert. Dies betrifft zum Beispiel planare Transformatoren, bei denen der Spulenkörper in dem integrierten Bauelementkörper vorgesehen ist. Ein solches elektronisches Bauelement ist aus dem Katalog "Inductive Ferrite Components" der Firma Siemens Matsushita Components GmbH & Co. KG aus dem Jahre 1996 bekannt. In diesem Produktbuch wird erläutert, dass der Fabrikant zwei verschiedene Arten von Kontaktelementen liefert. Dies sind zum einen die sogenannten J-Anschlüsse und zum anderen die sogenannten Knickflügel-Anschlüsse.
Diese Ausführungsform ist nachteilig im Hinblick darauf, dass das Bauelement nicht flach auf der Leiterplatte befestigbar ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Bauelement der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass es direkt auf der Leiterplatte befestigbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss für ein elektronisches Bauelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Kontaktelemente auf der Oberfläche des integrierten Bauelementkörpers auf die Unterseite geführt sind, so dass der Bauelementkörper, mit seiner Unterseite direkt auf die Leiterplatte aufsetzbar ist.
Ein Vorteil der galvanischen Beschichtung des Bauelementkörpers von Endpunkten der im integrierten Bauelementkörper vorgesehenen Schaltung an der Oberfläche ausgehend bis zur Unterseite des elektronischen Bauelementes hin liegt darin, dass das elektronische Bauelement nun in einem Fertigungsgang erzeugt werden kann.
Ein Verfahren zur Herstellung dieses elektronischen Bauelementes ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement schichtenweise aufintegriert wird und dass an den Seitenflächen des Bauelementkörpers auf die Unterseite des Bauelementkörpers führende Kontaktflächen aufgebracht werden, die auf die Unterseite des Bauelementkörpers verlängert sind.
Dadurch dass der aufgeführte Bearbeitungsschritt noch beim Herstellungsverfahren des Bauelementkörpers automatisiert ausgeführt werden kann, erspart sich der Hersteller oder der Anwender das Einsetzen der oben genannten Kontaktstiftchen, das heisst der J-Anschlüsse oder der Knickflügel-Anschlüsse.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung eines solchen elektronischen Bauelementes liegt in der Gestaltung von planaren Transformatoren, bei denen ein Kern auf den integrierten Bauelementkörper aufgesetzt wird.
Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nun anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine Unteransicht auf ein elektronisches Bauelement gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2
eine Vorderansicht des Bauelementes nach Fig. 1,
Fig. 3
eine Seitenansicht des Bauelementes nach Fig. 1 und
Fig. 4
eine schematische Ansicht von Bauelementen nach Fig. 1 bei Einsatz eines bevorzugten Herstellungsverfahrens.
Die Fig. 1 zeigt ein elektronisches Bauelement 1, in einer Unteransicht. Die Sicht ist also dergestalt, als ob man von einer Leiterplatte ausgehend, auf die das Bauelement montiert werden soll, von unten auf das Bauelement 1 schauen würde.
Das elektronische Bauelement 1 gemäss dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein planarer Transformator, der aus einem integrierten Bauelementkörper 2 und einem Kern 3 besteht. In dem integrierten Bauelementkörper 2 sind in einer oder mehreren parallel zur Zeichenebene verlaufenden Ebenen Spulen vorgesehen, die im wesentlichen kreisförmig oder rechteckig um den Symmetriepunkt des Bauelementkörpers 2 herum laufen. An dieser mit der in den Fig. 2 und 3 besser erkennbaren Achse 4 ist in den integrierten Bauelementkörper vorzugsweise ein Loch 13 gefräst, durch welches der Kern 3 steckbar ist.
Die Anschlussenden der in dem Bauelementkörper 2 vorgesehenen Spule oder Spulen führen in den halbkreisförmig ausgenommenen Bereichen 5 bis an die Seitenkanten 6 des integrierten Bauelementkörpers. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind dies auf der einen Seite sechs und auf der anderen Seite vier aus dem Körper 2 herausgeführte Kontaktpunkte. An den Orten 5 der Kontaktpunkte sind jeweils vertikal zur Zeichenebene halbkreisförmige Ausnehmungen vorgesehen, die in einem anschliessenden Fertigungsschritt mit einem leitfähigen Material beschichtet worden sind, um Kontaktflächen 7 zu bilden. Diese Kontaktflächen 7 verlängern sich auf der Unterseite 8 des Körpers 2 zu unteren Kontaktflächen 9. Das Bauelement 1 kann daher mit der Unterseite 8 direkt auf eine Leiterplatte aufgesetzt werden, wobei die leitende Verbindung der einzelnen Kontaktflächen 9 mit der Leiterplatte durch Lötung erstellt werden kann.
Übliche Dimensionen eines solchen planaren Transformators sind beispielsweise eine Breite zwischen den beiden Seitenflächen 6 von 15 Millimetern und eine Länge von zum Beispiel 10,8 Millimetern, wobei die Länge über alles, das heisst inklusive der überstehenden Teile des Kernes 3 14 Millimeter beträgt. Bei einer Auslegung solcher Transformatoren für grössere Leistungen können Substrate mit grösseren Abmessungen Verwendung finden. Dabei können Länge und Breite des Substrats bis in den Bereich von zehn Zentimetern gewählt werden. Der Vorteil der geringen Bauhöhe wird nun im Zusammenhang mit der Fig. 2 klarer werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht eines elektronischen Bauelementes 1 nach Fig. 1. Gleiche Merkmale sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es ist deutlich zu erkennen, dass an den Seitenflächen 6 die Ausnehmungen 5 vorgesehen sind, die entsprechend metallisiert eine Leiterverbindung zu den unteren Kontaktflächen 9 auf der Unterseite 8 des Bauelementkörpers 2 herstellen. In dem Bauelement 1 ist von unten her eine hier rechteckige Ausnehmung 10 vorgesehen, wobei die Tiefe der Ausnehmung 10 bis zu ihrer Hinterkante 11 beispielsweise 1,6 Millimeter beträgt. In diese quaderförmige Ausnehmung 10 wird dann bei der Herstellung des miniaturisierten Transformators der Kern 3 eingesetzt. Dieser hat zum Beispiel eine Höhe von 5 Millimetern, wobei seine beiden das Bauelement 2 umgreifenden Joche 12 eine Höhe von 1,5 Millimetern aufweisen. Dadurch wird erreicht, dass auch unter Einbeziehung der Fertigungstoleranzen die Unterseite 18 des Kernes 3 sicher oberhalb der Unterfläche 8 des Bauelementkörpers 2 angeordnet ist, so dass das elektronische Bauelement 1 mit seiner Unterfläche 8 und den Kontaktflächen 9 direkt auf eine Leiterplatte aufsetzbar ist.
Die Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht auf das elektronische Bauelement 1. Es sind jeweils die Seitenfläche 6, die halbkreisförmigen Ausnehmungen 5 sowie die unterseitigen Kontaktflächen 9 deutlich zu erkennen. Darüberhinaus ist strichliniert die Höhe der Ausnehmung 10 mit ihrer Hinterkante 11 zu erkennen, um die herum sich der Kern 3 legt.
Die Fig. 4 schliesslich zeigt einen schematischen Ausschnitt eines Substrates mit zwei Reihen von je zwei ganz dargestellten und zwei teilweise dargestellten benachbarten Bauelementen 1 in verschiedenen Fertigungsstufen bei Einsatz eines bevorzugten Herstellungsverfahrens. Der Einfachheit halber sind die einzelnen Bauelemente 1 nur teilweise ausgeführt, zum einen zur Verdeutlichung der fortlaufenden Herstellung, zum anderen aus Vereinfachungsgründen. Oben links ist eine erste Spulenschicht 21 eingezeichnet, wobei auf jeder Seite jeweils zwei Kontaktfäden 22 in den Bereich der späteren Seitenfläche 6 hinein reichen. Es werden hier mehrere Spulenschichten vorgesehen, von denen links unten zwei, nämlich die Spulen 21 und 31 dargestellt sind. Diesen sind hier vier Kontaktfäden 22 bzw. 32 zugeordnet. Nach der Fertigstellung des Substrats, das heisst mit der Integrierung aller Spulen 21, 31 und aller Kontaktfäden 22, 32 werden im Bereich der späteren Seitenwände 6 entsprechend der vorgesehenen Anzahl von Kontaktflächen 7 bzw. 9 Bohrungen 23 eingebracht. Diese hier beidseits vier Bohrungen sind nur zwischen den mittleren unteren Bauelementen 1 eingezeichnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird nun oder zuvor die zentrale Öffnung 13 in jedes spätere Bauelement 1 eingebracht und von der Unterseite her wird die Ausnehmung 10 entlang den verschiedenen Reihen ausgefräst. Dabei könnten natürlich auch mehr als zwei Reihen von Bauelementen 1 hintereinander angereiht werden. Vor der Ausbohrung der Löcher 23 werden vorzugsweise die unteren Kontaktflächen 9 auf das Substrat aufgebracht, so dass anschliessend nur durch Beschichtung der halbkreisförmigen Öffnungen 5 eine Verbindung zwischen den Kontaktfäden 22, 32 und den zugeordneten unteren Kontaktflächen 9 geschaffen werden muss. Anschliessend wird das Substrat entlang der Flächen 6 und 26 aufgeschnitten, um eine Vielzahl von einzelnen Bauelementen zu erhalten. Zur Fertigstellung eines planaren Transformators reicht es dann aus, einen Ferritkern in die Ausnehmung 10 und durch das Kernloch 13 hindurch einzusetzen, wobei dann dieses elektronische Bauelement 1 direkt auf eine Leiterplatte gelötet werden kann.
Das erfindungsgemässe elektronische Bauelement ist für jede Art von Schaltelement geeignet, wobei es jedoch vorteilhafterweise für planare Transformatoren und ähnliche Bauteile eingesetzt wird, bei denen eine Schaltung auf einem Substrat aufgebaut werden kann.
Anhand dieser Zeichnung ist das Verfahren zur Herstellung eines solchen elektronischen Bauelements sehr leicht zu verstehen. Auf einem grossflächigen Substrat werden nebeneinander eine Vielzahl von Spulenstrukturen 21, 31 aufgebracht. Diese Spulenstrukturen 21, 31, bei denen jeweils Kontaktfäden 22, 32 bis in den Bereich der Seitenflächen 6 geführt werden, sind in grosser Zahl nebeneinander entsprechend Fig. 4 angeordnet.
Anschliessend wird das Substrat mechanisch weiterbearbeitet. Dies bedeutet bei der hier dargestellten Herstellung eines planaren Transformators die jeweilige Bohrung der zentralen Öffnung 13 zur späteren Durchführung eines Kerns und das Ausfräsen einer Nut 10 von der Unterseite her um hierin ein nicht über die Unterseite hinaus stehendes Joch einsetzen zu können.
Vorteilhafterweise werden vorher die Kontaktflächen 9 auf der Unterseite 8 des Substrates aufgebracht, die so eine beispielsweise rechteckige zwei benachbare Bauelemente 1 umgreifende Kontaktfläche 9 bilden.
In einem weiteren Bearbeitungsschritt werden an den durch die Kontaktfäden 22 bzw. 32 vorgesehenen Orten im Bereich der Seitenflächen 6 Bohrungen eingebracht, die in einfacher Weise metallisiert werden können, um die Kontaktfäden 22 mit der Kontaktfläche 9 zu verbinden. Bei einer vereinfachten Ausführungsform ist es auch möglich auf diese Bohrungen zu verzichten, allerdings hat dann die leitende Verbindungsherstellung zwischen den Kontaktfäden 22 bzw. 32 und die Kontaktflächen 9 nach dem Zertrennen des Substrates in einzelne Bauelemente 1 zu geschehen.
Nachdem nun vorzugsweise die elektrischen Verbindungen eingerichtet worden sind, wird das Substrat an den Seitenflächen 6 bzw. an den Querflächen 26 zerschnitten, um einzelne Bauteile zu erhalten. Zur Fertigstellung der planaren Transformatoren reicht es dann aus, den Kern 3 in die Ausnehmung 10 einzulegen und über die Öffnung 13 zu schliessen.
Neben den dargestellten planaren Transformatoren mit hier vier bzw. sechs Kontaktpunkten sind auch alle anderen elektronischen Bauteile realisierbar, insbesondere diejenigen, bei denen eine Induktivität vorgesehen ist.

Claims (9)

  1. Elektronisches Bauelement (1) mit einem integrierten Bauelementkörper (2), der über mindestens zwei Kontaktfäden (22, 32) verfügt, die mit zwei Kontaktelementen (9) verbunden sind, mit denen der Bauelementkörper (2) auf einer Leiterplatte befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (9) auf der Oberfläche (7) des integrierten Bauelementkörpers (2) auf die Unterseite (8) geführt sind, so dass der Bauelementkörper (2) mit seiner Unterseite (8) direkt auf die Leiterplatte aufsetzbar ist.
  2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Seitenfläche (6) des Bauelementes (1) Ausnehmungen (5) vorgesehen sind, die mit einem leitfähigen Material beschichtet sind, um die Verbindung zwischen den Kontaktfäden (22, 32) und den auf der Unterseite (8) vorgesehenen Kontaktelementen (9) herzustellen.
  3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Unterseite (8) her eine Ausnehmung (10) vorgesehen ist, in die von der Unterseite (8) her und um die Oberseite des Bauelementes (1) herum ein externes Toroid (3) gelegt ist.
  4. Bauelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Toroid ein Transformatorenkern (3) ist und dass zur Schliessung des Kerns (3) eine Öffnung (13) in dem Bauelement (1) vorgesehen ist, durch die sich der Kern (3) erstreckt.
  5. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelementes nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) schichtenweise aufintegriert wird, wobei Kontaktfäden (22, 32) vorgesehen sind, die bis in den Bereich der späteren Seitenflächen (6) des Bauelementkörpers (2) hineinragen, und dass an den Seitenflächen (6) des Bauelementkörpers (2) von den Kontaktfäden (22, 32) auf die Unterseite (8) des Bauelementkörpers (2) führende Kontaktflächen (7) aufgebracht werden, die auf die Unterseite (8) des Bauelementkörpers (2) verlängert sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig eine Vielzahl von Bauelementen auf einem zusammenhängenden Substrat aufintegriert werden und dass auf der Unterseite (8) des Bauelementkörpers (2) jeweils zwei benachbarte Bauelemente (1) überdeckende Kontaktflächen (9) vorgesehen werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum späteren Einsatz eines externen Toroids (3) von der Unterseite des Substrats her Reihen von Ausnehmungen (10) eingefräst werden und/oder dass jedes Bauelement (1) mit einer zentralen Bohrung (13) versehen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich der Kontaktfäden (22, 32) und der vertikal darunter auf der Unterseite (8) liegenden Kontaktflächen (9) Bohrungen (23) in den Bereich der Seitenflächen (6) eingebracht werden, die anschliessend zur Herstellung der Verbindung zwischen den Kontaktfäden (22, 32) und den Kontaktflächen (9) metallisch beschichtet werden.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat entlang der Seitenflächen (6) und entlang der Querflächen (26) in einzelne Bauelemente (1) zerschnitten wird.
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