EP0970492A1 - Chip-induktivität - Google Patents

Chip-induktivität

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EP0970492A1
EP0970492A1 EP98924025A EP98924025A EP0970492A1 EP 0970492 A1 EP0970492 A1 EP 0970492A1 EP 98924025 A EP98924025 A EP 98924025A EP 98924025 A EP98924025 A EP 98924025A EP 0970492 A1 EP0970492 A1 EP 0970492A1
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EP
European Patent Office
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winding
coil core
connections
tabs
chip
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EP98924025A
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EP0970492B1 (de
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Gerhard Proks
Elmar Walter
Hans-Dieter Eckardt
Manfred Espenhain
Jörg-Rudolf MAIER
Kurt Marth
Wilfried Scherer
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TDK Electronics AG
Original Assignee
Siemens Matsushita Components GmbH and Co KG
Epcos AG
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    • 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
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    • 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
    • H01F27/292—Surface mounted devices
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    • H01F27/292—Surface mounted devices
    • H01F2027/295—Surface mounted devices with flexible terminals

Definitions

  • the invention relates to a chip inductor with a wound coil core, which is arranged upright on pads that are part of a system carrier.
  • Such a chip inductance is known from EP 0 212 812 AI.
  • This design in which the board-side end face of the core and the connection parts lie in the system carrier plane, is characterized in that the influence of the metallic system carrier parts on the electromagnetic field produced by the coil is reduced.
  • it is difficult to position the coil core and the electrical contact points on the leadframe connections with sufficient accuracy.
  • the object of the present invention is therefore to further develop the chip inductance of the type mentioned in the introduction in such a way that better positioning accuracy of the coil core and electrical contacts on the connections is achieved without the electrical properties being impaired.
  • connection surfaces have tabs with which the coil core is positioned and fixed and that of the electrical connections fertilization of winding and connections serve that the tabs and the coil core are within a space that exists between the end planes of the coil core, and that the remaining parts of the connections are arranged outside of this space.
  • a coil core 1 with a winding 2 arranged thereon is shown.
  • the coil body 1 stands with its board-side end face on connection faces 5, which are part of a system carrier 6 made of sheet metal.
  • connection surfaces 5 Vertically standing tabs 7 are arranged on the connection surfaces 5, so that a space is formed which serves to position the coil core 1.
  • the coil core 1 is fastened by means of adhesive connections between the end face of the coil body 1 on the circuit board side and the connection surfaces 5 on the one hand and between the tabs 7 and the core 1 on the other hand.
  • the winding tension causes the connections 5 to bend due to their elasticity.
  • the connections to reduce core dew accumulation must be prevented from moving as close as possible to core 1.
  • the adjacent bobbins are connected to one another by the system carriers for automated production, with two winding support points per coil core on the system carriers.
  • the winding wire portions between the guide plates and the winding support points are after winding to the terminals in the system support plane formed stemargn perpendicular to the sy ⁇ . Hold-down devices from both sides of the system carrier would be required, but the winding wire sections running over the connections and the winding support points would interfere. Furthermore, the known design requires a two-sided, mechanical cutting of the winding wire sections not required for the application.
  • the automated production also takes place with the system carriers 6, on which, however, there is only one winding support point 8 per coil core 1.
  • the winding wire sections 9 between the tabs 7 and the winding base 8 do not lie on the connections in the system carrier level which are formed parallel to the system carriers 6.
  • hold-downs can be realized from one side of the system for the strong wire winding, so that the winding sections 9 and the winding base 8 are not in the working area of the hold-down devices. Furthermore, in the embodiment according to the invention, only one-sided cutting of the winding wire sections 9 that are not required is required.
  • the embodiment according to the invention therefore leads to tighter tolerance of the electrical coil data through better reproducible winding patterns and to easier removal of the excess winding wire.
  • Welded connections are required for use at elevated temperatures, such as in motor electronics, because they are more temperature-stable than soldered connections.
  • a direct weld connection using the known ultrasound process is associated with cycle times of approx. 1 s and therefore leads to high production costs.
  • the tabs 4 which improve the positioning of the coil core 1 and the adhesive strength, are partly designed with and partly without winding hooks. With winding hooks, they also serve as electrical connections positioned with small tolerances.
  • For thick wire windings are those tabs 4, on which the electrical connection of the winding end and connection is made in two parts by slots 10, the partial tabs connected to the winding 2 preventing the spring wire from springing open since they are not melted, while those through the winding wire section 9 to the Winding base 8 connected partial tabs supply the material for the welding beads in indirect laser welding according to DE 44 32 740 AI.
  • the embodiment according to the invention thereby enables indirect laser welding of thick wire windings with, for example, 0.3 mm wire diameter.
  • the chip inductors are separated by the connections 5 being separated from the system carrier 6 on the dashed lines 12.
  • the electrical connections that are required for soldering in printed circuit boards are produced by bending the connections 5 onto the casing 11.

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Abstract

Eine Chip-Induktivität besteht aus einem bewickelten Spulenkern (1), der stehend auf einem Systemträger (6) angeordnet ist. Auf dem Systemträger (6) befinden sich senkrecht stehende Laschen (7), wobei der Spulenkern (1) innerhalb des durch die Laschen gebildeten Raums angeordnet ist. Dabei befinden sich die Anschlüsse im wesentlichen außerhalb des zwischen den Stirnebenen des Spulenkerns (1) bestehenden Raums.

Description

Beschreibung
Chip-Induktivität
Die Erfindung betrifft eine Chip-Induktivität mit einem bewickelten Spulenkern , der stehend auf Anschlußflächen angeordnet ist, die Teil eines Systemträgers sind.
Eine derartige Chip-Induktivität ist aus der EP 0 212 812 AI bekannt. Diese Ausführung, bei der die platinenseitige Stirnfläche des Kerns und die Anschlußteile in der Systemträgerebene liegen, zeichnet sich dadurch aus, daß der Einfluß der metallischen Systemträgerteile auf das durch die Spule produzierte elektromagnetische Feld reduziert ist. Allerdings ist es schwierig, den Spulenkern und die elektrischen Kontaktstellen mit hinreichender Genauigkeit auf den Systemträgeranschlüssen zu positionieren.
In der genannten Druckschrift ist deswegen eine Lösung mit Anschlußlaschen vorgeschlagen, bei der die Spulenkerne in Vertiefungen derart eingeklebt werden, daß die platinenseitige Stirnflächen der Kerne unter der Systemträgerebene liegt. Hierdurch wird zwar eine bessere Positioniergenauigkeit erreicht, jedoch wird dies durch eine gewisse Ver- schlechterung der elektrischen Eigenschaften in Kauf genommen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Chip-Induktivität der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine bessere Positioniergenauigkeit von Spulenkern und elektrischen Kontakten auf den Anschlüssen erreicht wird, ohne daß die elektrischen Eigenschaften verschlechtert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anschlußflächen Laschen aufweisen mit denen der Spulenkern positioniert und fixiert ist und die der elektrischen Verbin- düng von Wicklung und Anschlüssen dienen, daß die Laschen und der Spulenkern sich innerhalb eines Raums befinden, der zwischen den Stirnebenen des Spulenkerns besteht, und daß die übrigen Teile der Anschlüsse außerhalb dieses Raums angeord- net sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung - sind in den Unteransprüchen angeführt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfuhrungsbei- spiels näher erläutert.
In der dazugehörenden Zeichnung mit einer einzigen Figur ist ein Spulenkern 1 mit darauf angeordneter Wicklung 2 darge- stellt. Der Spulenkörper 1 steht mit seiner platinenseitigen Stirnfläche auf Anschlußflächen 5, die Teil eines Systemträgers 6 aus Metallblech sind.
Auf den Anschlußflächen 5 sind senkrecht stehende Laschen 7 angeordnet, so daß ein Raum gebildet wird, der der Positionierung des Spulenkerns 1 dient. Die Befestigung des Spulenkerns 1 geschieht mittels Klebeverbindungen zwischen plati- nenseitiger Stirnfläche des Spulenkörpers 1 und den Anschlußflächen 5 einerseits und zwischen den Laschen 7 und dem Kern l andererseits.
Während des Wickelns bewirkt der Wickelzug ein Verbiegen der Anschlüsse 5 infolge ihrer Elastizität. Insbesondere beim Starkdrahtwickeln mit Wickeldrahtdurchmessern von zum Bei- spiel 0,3 mm resultieren Taumelbewegungen des Spulenkerns 1, die präzise Wickelbilder ausschließen und infolgedessen zu erhöhter Streuung der elektrischen Spulendaten führen. Um präzise und reproduzierbare Wickelbilder zu erhalten, müssen deshalb die Anschlüsse zur Verringerung des Kerntaumeins mög- liehst nah am Kern 1 an der Bewegung gehindert werden. Bei der aus der EP 0 212 812 AI bekannten Ausführung sind für die automatisierte Fertigung die benachbarten Spulenkörper durch die Systemträger miteinander verbunden, wobei sich auf den Systemträgern pro Spulenkern zwei Wickelstützpunkte be- finden. Die Wickeldrahtabschnitte zwischen Führungslaschen und den WickelStützpunkten liegen nach dem Wickeln auf den Anschlüssen in Systemträgerebene, die senkrecht zu den Sy- ~ stemträgern ausgebildet sind. Erforderlich wären hierbei Niederhalter von beiden Seiten des Systemträgers, wobei aber die über die Anschlüsse laufenden Wickeldrahtabschnitte sowie die Wickelstützpunkte stören würden. Weiterhin erfordert die bekannte Ausführung ein zweiseitiges, mechanisches Abschneiden der für den Anwendungsfall nicht benötigten Wickeldrahtabschnitte.
Bei Gegenstand der Erfindung erfolgt die automatisierte Fertigung ebenfalls mit den Systemträgern 6, auf denen sich pro Spulenkern 1 aber nur ein WickelStützpunkt 8 befindet. Die Wickeldrahtabschnitte 9 zwischen den Laschen 7 und dem Wickelstützpunkt 8 liegen nach dem Wickeln nicht auf den Anschlüssen in Systemträgerebene, die parallel zu den Systemträgern 6 ausgebildet sind.
Bei dieser Anschluß- und Systemträgerkonstruktion lassen sich für das Starkdrahtwickeln Niederhalter von einer Seite des Systems realisieren, so daß sich die Wickelabschnitte 9 und der Wickelstützpunkt 8 nicht im Arbeitsbereich der Niederhalter befinden. Weiterhin ist bei der Ausführungsform nach der Erfindung nur noch ein einseitiges Schneiden der nicht benö- tigten Wickeldrahtabschnitte 9 erforderlich.
Die Ausführungsform gemäß der Erfindung führt deshalb zu engerer Tolerierung der elektrischen Spulendaten durch bessere reproduzierbare Wickelbilder und zu einfacherem Abtrennen des überschüssigen Wickeldrahts. Für die Anwendung bei erhöhten Temperaturen, wie zum Beispiel in der Motorelektronik, sind Schweißverbindungen erforderlich, da sie temperaturstabiler sind als Lötverbindungen.
Für die automatisierte Fertigung von Chip-Induktivitäten mit Starkdrahtwicklung existiert bislang kein geeignetes Schweißverfahren.
Eine direkte Schweißverbindung mittels des bekannten Ultra- schallverfahrens ist mit Taktzeiten von ca. 1 s verbunden und führt deshalb zu hohen Fertigungskosten.
Für eine direkte Schweißverbindung mittels Laser, die beispielsweise aus der DE 40 39 527 Cl bekannt ist, ist noch kein Fertigungsverfahren entwickelt.
Das aus der DE 44 32 740 AI bekannte indirekte Laserschweißen ist bei Starkdrahtwicklung nicht durchführbar, da die Rückfederung des Wickeldrahts im Moment des Aufschmelzens zu Unter- brechungen oder zu unzureichenden Schweißverbindungen führt.
Die Laschen 4, die die Positionierung des Spulenkerns 1 und die Klebefestigkeit verbessern, sind teils mit und teils ohne Wickelhaken ausgebildet. Mit Wickelhaken dienen sie zusätz- lieh als mit geringen Toleranzen positionierte elektrische Anschlüsse. Für Starkdrahtwicklungen sind diejenigen Laschen 4, an denen die elektrische Verbindung von Wickelende und Anschluß erfolgt durch Schlitze 10 zweigeteilt, wobei die mit der Wicklung 2 verbundenen Teillaschen das Auffedern des Wickeldrahts verhindern, da sie nicht aufgeschmolzen werden, während die durch den Wickeldrahtabschnitt 9 mit dem Wickel- Stützpunkt 8 verbundenen Teillaschen das Material für die Schweißperlen bei indirekter Laserschweißung gemäß DE 44 32 740 AI liefern. Durch die Ausführungsform gemäß der Erfindung wird dadurch das indirekte Laserschweißen von Starkdrahtwicklungen mit zum Beispiel 0,3 mm Drahtdurchmesser ermöglicht.
Nach fertiggestellter Bewicklung des Spulenkerns 1 sowie der Befestigung der Wickeldrahtenden 9 an den entsprechenden Laschen 7 erfolgt eine Umhüllung mit einem Kunststoff 11, zum Beispiel einem flüssigkristallinem Polymer.
Nachdem die Umhüllung 11 hergestellt ist, werden die Chip-Induktivitäten vereinzelt, indem die Anschlüsse 5 an den gestrichelten Linien 12 vom Systemträger 6 getrennt werden. Durch Umbiegen der Anschlüsse 5 auf die Umhüllung 11 werden die elektrischen Anschlüsse hergestellt, die zum Einlöten in Platinen erforderlich sind.

Claims

Patentansprüche
l. Chip-Induktivität mit einem bewickelten Spulenkern (1), der stehend auf Anschlußflächen (5) angeordnet ist, die Teil eines Systemträgers (6) sind, dadurch geke nzeichnet, daß die Anschlußflächen (5) Laschen (7) aufweisen mit denen ~ der Spulenkern (1) positioniert und fixiert ist und die der elektrischen Verbindung von Wicklung (2) und Anschlüssen die- nen, daß die Laschen (7) und der Spulenkern (1) sich innerhalb eines Raums befinden, der zwischen den Stirnebenen des Spulenkerns (1) besteht, und daß die übrigen Teile der Anschlüsse außerhalb dieses Raums angeordnet sind.
2. Chip-Induktivität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (1) mittels einer Klebeverbindung auf dem Systemträger (6) befestigt ist.
3. Chip-Induktivität nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelenden (9) mit den an dem Spulenkern (1) anliegenden Laschen (7) mittels indirekter Laserschweißung verbunden sind.
4. Chip-Induktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Wickelenden (9) verbundenen Laschen (7) aus zwei Teilen bestehen, und daß ein Teil das Material für eine Schweißperle liefert.
5. Chip-Induktivität nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekennzeich et, daß sie mit den Anschlüssen parallel zur Trägerbandlängs ich- tung auf einem Systemträger (6) montiert ist, der pro Chip- Induktivität nur einen Wickelstützpunkt (8) besitzt.
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