EP1636809B1 - Induktives miniatur-bauelement für smd-montage - Google Patents

Induktives miniatur-bauelement für smd-montage Download PDF

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EP1636809B1 EP04789996A EP04789996A EP1636809B1 EP 1636809 B1 EP1636809 B1 EP 1636809B1 EP 04789996 A EP04789996 A EP 04789996A EP 04789996 A EP04789996 A EP 04789996A EP 1636809 B1 EP1636809 B1 EP 1636809B1
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Neosid Pemetzrieder GmbH and Co KG
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    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/027—Casings specially adapted for combination of signal type inductors or transformers with electronic circuits, e.g. mounting on printed circuit boards
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers

Definitions

  • the invention relates to a miniature inductive component for SMD mounting with the features of the preamble of claim 1.
  • flanges are attached to a ferrite core having a rectangular cross section, each having a frame provided with an insertion opening for the ferrite core adapted to the cross section of the ferrite core.
  • the flanges are attached to the ferrite core and firmly connected to it.
  • the core and flanges may be made of different materials and the flanges may be constructed of, for example, ceramic material. The purpose of this design is to make the device less sensitive to mechanical and thermal stresses.
  • the invention has for its object to provide an inductive miniature device for SMD mounting with the features specified in the preamble of claim 1 protection in which different embodiments, in particular components of different lengths, can be kept at a much lower production cost.
  • a basic idea of the present invention is to design the flanges as plastic parts to be staked on the ferrite core and then firmly connected to it.
  • This design has the consequence that for components of different lengths, wherein the length is given by the length of the ferrite core, in each case only simple ferrite cores of different lengths are to be produced in different shapes, while the réellesteckenden flanges are the same in all embodiments of the device, so that only one injection mold has to be kept ready for these flanges. It has been shown that this production of manufacturing costs and the cost of storage can be significantly reduced.
  • connection elements for the winding ends and for the connection of the entire component to the printed conductors of a printed circuit board are arranged on the flanges, which in this case also for all embodiments of components of different lengths can be the same.
  • a small plate or an adhesive point with a flat surface to form a suction surface may be arranged so that the component can be detected by a placement machine.
  • the antenna coil shown in FIGS. 1 to 3 has a rectangular cross-section ferrite core 1, on both ends of which flanges 3 and 4 are plugged and connected to the ferrite core 1 by gluing.
  • the flanges 3 and 4 are configured in the same way.
  • the flanges have an outer cross-section substantially rectangular frame 3.1 and 4.1, which is provided with a matched to the rectangular cross-section of the ferrite core 1 rectangular through opening 3.2 and 4.2, in which the ferrite core 1 is inserted in the axial direction.
  • the component can be placed with its underside on a printed circuit board, not shown, in such a way that the connection elements can be soldered directly to the correspondingly formed elements of the printed circuit board.
  • the upper ends of the metal rods 5.1, 5.2 and 6.1, 6.2, to which the winding ends 2.1, 2.2 and 2.3 are attached, can also be bent inwards or outwards.
  • winding ends 2.1 to 2.3 are in the region of the upper ends of the side struts of the frame 3.1 or 4.1 formed on the outer narrow side of the frame projections respectively 3.41, 3.42 and 4.41, 4.42, each of one of the winding ends 2.1, 2.2, 2.3 of the coil winding 2 are included.
  • a wafer or adhesive dot 7 is applied, which has a flat surface to form a suction for a placement machine.
  • a coating 8 extending in the longitudinal direction over a partial section of the length of the ferrite core is arranged, which consists of a material whose melting point is below the temperature applied to the component during soldering of the electrical connection elements occurs with the tracks of a printed circuit board, such that the coating material is temporarily liquefied and after the flow and re-solidification of the ferrite core stabilizing connection between the component and circuit board is formed.
  • FIGS. 4 to 6 show other embodiments of flanges which can be used in place of the flanges 3 and 4 shown in FIGS. 1 to 3.
  • flanges differ from the flanges described above initially in that the frame 14.1 is not formed as a closed rectangular frame, but as open at the top U-shaped frame. In the frame opening 14.2 a rectangular cross-section ferrite core can be inserted from above.
  • the connecting elements 15.1 and 15.2 illustrated in FIGS. 4 to 6 are not exemplary embodiments of the present invention according to claim 1.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein induktives Miniatur-Bauelement für SMD-Montage mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Ein derartiges Bauelement ist an sich bekannt und beispielsweise in US 2003/0156002 A1 beschrieben.
  • Bei dem in dem oben genannten Dokument beschriebenen elektronischen Bauelement sind auf einen Ferritkern mit rechteckigem Querschnitt Flansche aufgesteckt, die jeweils einen Rahmen aufweisen, der mit einer an dem Querschnitt des Ferritkerns angepassten Einstecköffnung für den Ferritkern versehen ist. Die Flansche sind auf den Ferritkern aufgesteckt und mit ihm fest verbunden. Nach der Offenbarung in diesem Dokument können Kern und Flansche aus unterschiedlichem Material bestehen und die Flansche beispielsweise aus keramischen Material aufgebaut sein. Der Zweck dieser Ausbildung besteht darin, das Bauelement unempfindlicher gegen mechanische und thermische Belastungen zu machen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein induktives Miniatur-Bauelement für SMD-Montage mit den im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 angegebenen Merkmalen zu schaffen, bei dem mit wesentlich geringerem Herstellungaufwand unterschiedliche Ausführungsformen, insbesondere Bauelemente unterschiedlicher Längen, bereitgehalten werden können.
  • Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß nach den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen den Erfindung smd weiter unten und in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
  • Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Flansche als auf den Ferritkern aufzusteckende und dann mit ihm fest zu verbindende Kunststoffteile auszubilden. Diese Ausbildung hat zur Folge, dass für Bauelemente unterschiedlicher Länge, wobei die Länge durch die Länge des Ferritkerns gegeben ist, jeweils nur einfache Ferritkerne unterschiedlicher Länge in unterschiedlichen Formen herzustellen sind, während die aufzusteckenden Flansche bei allen Ausführungsformen des Bauelements die gleichen sind, so dass für diese Flansche jeweils nur eine Spritzgussform bereitgehalten werden muss. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Ausbildung der Herstellungsaufwand und der Aufwand bei der Lagerhaltung erheblich reduziert werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung des Bauelements bringt noch den weiteren besonderen Vorteil mit sich, dass an den Flanschen die Anschlusselemente für die Wicklungsenden und für den Anschluss des gesamten Bauelements an die Leiterbahnen einer Leiterplatte angeordnet sind, die in diesem Fall ebenfalls für alle Ausführungsformen von Bauelementen unterschiedlicher Länge gleich ausgebildet sein können.
  • Schließlich kann in an sich bekannter Weise an der Oberseite des Bauteils ein Plättchen oder ein Kleberpunkt mit planer Oberfläche zur Bildung einer Ansaugfläche angeordnet sein, damit das Bauelement von einem Bestückungsautomaten erfasst werden kann.
  • Bei der Verwendung von relativ langen und dünnen Ferritkernen für das Bauteil hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn das Bauelement so ausgestaltet ist, wie dies beispielsweise in DE-U-203 00 713.1 beschrieben ist. Ein derartiges, in der erfindungsgemäßen Weise ausgestaltetes Bauelement ist in Patentanspruch 11 beschrieben.
  • Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel für ein induktives Miniatur-Bauelement für SMD-Montage nach der Erfindung näher erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    ein als Antennenspule ausgebildetes Miniatur-Bauelement in einer Seitenansicht mit teilweise im Schnitt dargestellter Spulenwicklung;
    Fig. 2
    in einer Darstellung analog Fig. 1 das Bauelement nach Fig. 1 in Aufsicht;
    Fig. 3
    das Bauelement nach Fig. 1 und 2 in einer Ansicht auf die in den Fig. 1 und 2 linke Schmalseite.
    Fig. 4
    eine andere Ausführungsform eines Flansches für ein Miniatur-Bauelement nach den Fig. 1 bis 3 in Seitenansicht;
    Fig. 5
    den Flansch nach Fig. 4 in einer Ansicht von oben;
    Fig. 6
    den Flansch nach Fig. 4 und 5 in einer Ansicht auf die Außenseite.
  • Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Antennenspule besitzt einen im Querschnitt rechteckigen Ferritkern 1, auf dessen beide Enden Flansche 3 und 4 aufgesteckt und mit dem Ferritkern 1 durch Verklebung verbunden sind. Die Flansche 3 und 4 sind in der gleichen Weise ausgestaltet. Die Flansche weisen einen im Außenquerschnitt im wesentlichen rechteckigen Rahmen 3.1 bzw. 4.1 auf, der mit einer an den rechteckigen Querschnitt des Ferritkerns 1 angepassten rechteckigen Durchstecköffnung 3.2 bzw. 4.2 versehen ist, in welche der Ferritkern 1 in axialer Richtung eingesteckt ist. An den jeweils nach außen gekehrten Seiten der Flansche 3 und 4 besitzen diese sich in Längsrichtung des Ferritkerns 1 erstreckende, mit ihren dem Ferritkern 1 zugewandten Innenseiten an der Außenfläche des durch den Rahmen 3.1 bzw. 4.1 hindürchgeführten Ferritkerns 1 anliegende Führungsrippen 3.31 bis 3.34 bzw. 4.31 bis 4.34. Zwischen den beiden Flanschen 3 und 4 ist direkt auf den Ferritkern 1 die Spulenwicklung 2 aufgebracht. Durch die Rahmen 3.1 bzw. 4.1 der Flansche sind von der Oberseite zur Unterseite an beiden Enden aus dem Rahmen austretende Metallstäbe 5.1 und 5.2 bzw. 6.1 und 6.2 geführt. Die Begriffe "Oberseite" und "Unterseite" beziehen sich jeweils auf das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Gesamtbauelement und zwar ist die Unterseite jeweils die Seite des Bauelements, die bei der Montage auf die Leiterplatte aufgesetzt wird, während die Oberseite die Seite ist, die von der Leiterplatte abgewandt ist. Das an der Oberseite des Rahmens liegende Ende dieser Metallstäbe 5.1, 5.2 bzw. 6.1, 6.2 ist jeweils mit einem Wicklungsende 2.1, 2.2 und 2.3 der Spulenwicklung 2 verbunden, während das an der Unterseite des Rahmens liegende, parallel zur Unterseite des Bauelements nach außen umgebogene Ende 5.11, 5.21 bzw. 6.11, 6.21 der Metallstäbe jeweils als Anschlusselement ausgebildet ist. Wie aus der Darstellung in Fig. 1 bis 3 unmittelbar ersichtlich, kann das Bauteil mit seiner Unterseite derart auf eine nicht dargestellte Leiterplatte aufgesetzt werden, dass die Anschlusselemente direkt mit den entsprechend ausgebildeten Elementen der Leiterplatte verlötet werden können. Die oberen Enden der Metallstäbe 5.1, 5.2 bzw. 6.1, 6.2, an denen die Wicklungsenden 2.1, 2.2 und 2.3 befestigt sind, können ebenfalls nach innen oder außen umgebogen werden.
  • Zur besseren Führung und Zugentlastung der Wicklungsenden 2.1 bis 2.3 sind im Bereich der oberen Enden der Seitenstreben der Rahmen 3.1 bzw. 4.1 an der äußeren Schmalseite der Rahmen jeweils Vorsprünge 3.41, 3.42 bzw. 4.41, 4.42 angeformt, die jeweils von einem der Wicklungsenden 2.1, 2.2, 2.3 der Spulenwicklung 2 umfasst werden.
  • An der Oberseite des Bauteils ist direkt auf der Wicklung 2 ein Plättchen oder Klebepunkt 7 aufgebracht, der eine plane Oberfläche aufweist zur Bildung einer Ansaugfläche für einen Bestückungsautomaten.
  • Weiterhin ist an der bei der Montage der Leiterplatte zugekehrten Unterseite des Bauteils eine sich in Längsrichtung über einen Teilabschnitt der Länge des Ferritkerns erstreckende Beschichtung 8 angeordnet, die aus einem Material besteht, dessen Schmelzpunkt unterhalb der Temperatur liegt, die am Bauelement beim Verlöten der elektrischen Anschlusselemente mit den Leiterbahnen einer Leiterplatte auftritt, derart, dass das Beschichtungsmaterial sich zeitweise verflüssigt und nach dem Verfließen und Wiederverfestigen eine den Ferritkern stabilisierende Verbindung zwischen Bauelement und Leiterplatte entsteht.
  • In den Fig. 4 bis 6 sind andere Ausführungsformen von Flanschen dargestellt, die an Stelle der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Flansche 3 und 4 treten können.
  • Diese Flansche unterscheiden sich von den oben beschriebenen Flanschen zunächst dadurch, dass der Rahmen 14.1 nicht als geschlossener Rechteckrahmen, sondern als an der Oberseite offener U-förmiger Rahmen ausgebildet ist. In die Rahmenöffnung 14.2 kann ein im Querschnitt rechteckiger Ferritkern von oben her eingeschoben werden.
  • Die in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Anschlusselemente 15.1 und 15.2 sind keine Ausführungsbeispiele des vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1.
  • Abschließend wird bemerkt, dass bei allen Ausführungsformen des beschriebenen Miniatur-Bauelements der gegenseitige Abstand der beiden auf den Ferritkern aufgesteckten Flansche 3, 4; 14 vor der festen Verbindung mit dem Ferritkern innerhalb vorgegebener Grenzen veränderbar ist.

Claims (11)

  1. Induktives Miniatur-Bauelement für SMD-Montage mit einem einteiligen Ferritkern (1), dessen Länge größer ist als seine Breite und mit mindestens einer direkt auf den Kern aufgebrachten Spulenwicklung (2), mit elektrischen Anschlusselementen (5.1, 5.2, 6.1, 6.2) und mit an beiden Enden des Ferritkerns angeordneten Flanschen (3, 4), wobei jeder Flansch einen Rahmen (3.1, 4.1) aufweist, der mit einer an den Querschnitt des Ferritkerns angepassten Ein- oder Durchstecköffnung (3.2, 4.2) für den Ferritkern (1) versehen ist, und die Flansche (3, 4) auf den Ferritkern aufgesteckt und mit ihm fest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Flansche (3, 4) als Kunststoffteil ausgebildet ist und im Rahmen (3.1, 4.1) mindestens ein in Richtung von der Oberseite zur Unterseite des Bauteils durch den Rahmen hindurch geführter, an beiden Enden aus dem Rahmen austretender Metallstab (5.1, 5.2, 6.1, 6.2) oder-streifen angeordnet ist, wobei das an der Oberseite liegende Ende mit einem Wicklungsende (2.1, 2.2, 2.3) einer Spulenwicklung (2) verbunden ist, während das an der Unterseite liegende, parallel zur Unterseite des Bauelements umgebogene Ende (5.11, 5.21; 6.11, 6.21) als Anschlusselement ausgebildet ist.
  2. Miniatur-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Unterseite des Rahmens (3.1, 4.1) liegende Ende (5.11, 5.21; 6.11, 6.21) des Metallstabs (5.1, 5.2; 6.1, 6.2) oder Streifens in Längsrichtung des Ferritkerns (1) nach außen umgebogen ist.
  3. Miniatur-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Oberseite des Rahmens (3.1, 4.1) liegende Ende des Metallstabs (5.1, 5.2; 6.1, 6.2) oder Streifens in Längsrichtung des Ferritkerns (1) nach innen umgebogen ist.
  4. Miniatur-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der oberen Enden der Seitenstreben des Rahmens (3.1, 4.1) an mindestens einer seiner äußeren Schmalseiten jeweils ein Vorsprung (3.41, 3.42; 4.41, 4.42) angeformt ist, der dazu geeignet ist, von einem Wicklungsende (2.1,2.2,2.3) einer Spulenwicklung (2) umfasst zu sein.
  5. Miniatur-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden auf den Ferritkern (1) aufgesteckten Flansche (3, 4) vor der festen Verbindung mit dem Ferritkern innerhalb vorgegebener Grenzen veränderbar ist.
  6. Miniatur-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil durch Klebung mit dem Ferritkern (1) verbunden ist.
  7. Miniatur-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (3, 4) einen geschlossenen Rahmen (3.1, 4.1) aufweist, der mit einer in axialer Richtung verlaufenden Durchstecköffnung (3.2, 4.2) für den Ferritkern (1) versehen ist.
  8. Miniatur-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch einen offenen Rahmen aufweist, der mit einer seitlichen Einstecköffnung für den Ferritkern versehen ist.
  9. Miniatur-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (3, 4) an seiner Außenseite sich nach außen in Längsrichtung des Ferritkerns (1) erstreckende, mit ihren dem Ferritkern zugewandten Innenseiten an der Außenfläche des durch den Rahmen (3.1, 4.1) hindurch geführten Ferritkerns (1) anliegende Führungsrippen (3.31 bis 3.34, 4.31 bis 4.34) aufweist.
  10. Miniatur-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite des Bauteils ein Plättchen (7) oder Klebepunkt mit planer Oberfläche zur Bildung einer Ansaugfläche angeordnet ist.
  11. Miniatur-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der bei der Montage einer Leiterplatte zugekehrten Unterseite des Bauteils eine sich in Längsrichtung mindestens über einen Teilabschnitt der Länge des Ferritkerns (1) erstreckende Beschichtung (8) angeordnet ist, die aus einem Material besteht, dessen Schmelzpunkt unterhalb der Temperatur liegt, die am Bauelement beim Verlöten der elektrischen Anschlusselemente mit den Leiterbahnen einer Leiterplatte auftritt, derart, dass das Beschichtungsmaterial sich zeitweise verflüssigt und nach dem Verfließen und Wiederverfestigen eien den Ferritkern (1) stabilisierende Verbindung zwischen Bauelement und Leiterplatte entsteht.
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