EP3924985A1 - Spule und verfahren zur herstellung der spule - Google Patents

Spule und verfahren zur herstellung der spule

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EP3924985A1
EP3924985A1 EP20705691.2A EP20705691A EP3924985A1 EP 3924985 A1 EP3924985 A1 EP 3924985A1 EP 20705691 A EP20705691 A EP 20705691A EP 3924985 A1 EP3924985 A1 EP 3924985A1
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EP
European Patent Office
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coil
tube
inductive
sections
section
Prior art date
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Pending
Application number
EP20705691.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan BÜHLMAIER
Felipe JEREZ
Joachim Nassal
Anneliese Drespling
Gerhard Proks
Herbert Lux
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.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a coil, comprising a tube made of conductive material, and a method for producing the coil.
  • a weak point can be the connection of the wire to a contact element which is required for external contacting.
  • the connection which is usually realized with welding points or soldering points, can be through alloys used, which contain copper, tin or nickel, or through contamination
  • Oxygen have at least a slightly increased resistance. In the case of improper contact, the resistance can also be considerably increased. This can result in high contact resistance, which causes high power loss. As a result, an increased thermal load can also occur at this point, which in the harmless case can lead to a failure of the coil or the
  • the object of the present invention is to provide a coil with improved properties.
  • a further object of the present invention is to provide a manufacturing method for a coil.
  • the present object is achieved by a coil according to claim 1. Further embodiments of the coil and a method for producing the coil can be found in the further claims.
  • a coil which has a tube with a tube wall made of an electrically conductive material, the tube having an inductive section in which a gap is arranged in the tube wall which forms the tube wall in the inductive section into a helix, and wherein the tube has two contact sections, in which the tube wall is each formed into an electrical connection.
  • An elongated hollow body can be referred to as a tube which has an opening which extends from a first end of the body through the entire body to a second end which is opposite the first end.
  • the tube can be symmetrical about its central axis, the central axis extending from the center of a base at the first end to the center of a base at the second end.
  • the tube can have a circular, oval or rectangular cross section. Other cross-sections are also possible.
  • a helical structure can be referred to as a helix.
  • the helix can in particular form turns of the coil.
  • the tube can in particular have a helical gap in the tube wall, as a result of which the turns of the coil are formed from the tube.
  • the tube is made of a conductive material.
  • a conductive material refers to materials with a conductivity of over 10 4 S / m, but in particular materials with a conductivity of over 10 5 S / m or over 10 6 S / m. Materials with a very high conductivity, for example metals such as copper, aluminum, silver or gold, can be suitable for this.
  • Industrial steels such as carbon steel, stainless steel, alloy steel or tool steel can also be suitable as starting material for pipe.
  • the tube has the inductive section and at least one contact section.
  • the inductive section can form an inductance due to the coil formed by the gap.
  • the inductive section and the contact section are formed in one piece from a material of the pipe wall.
  • connection of the inductive section with the contact section are therefore no connection partners, such as solder,
  • the inductive section and the contact section can be formed by a corresponding structuring of the pipe wall and remain connected to one another by the pipe material.
  • connection points for connecting an inductance with a connection are required. Rather, the inductive area and the contact area can be formed integrally.
  • the coil has a lower total resistance than a coil which requires internal connection points to connect an inductance to a terminal. In addition, by doing without internal
  • the tube does not have to be round in cross section for this, but can, for example, be oval, square, rectangular, polygonal, square with rounded corners, rectangular with
  • a square cross-section offers the advantage of optimal utilization of the available installation space with a given height or width.
  • Base area of the pipe flat i.e. the expansions of the tube, which span the base area, be large compared to the expansion into a height, and the height be small. Or the pipe can have a small footprint with a considerable height. For example, if the spool is on a
  • a flat and flat shape can be advantageous. If, on the other hand, little space can be provided on the printed circuit board itself, a tubular shape may be advantageous which has a small base area but a significant height.
  • the coil can have a magnetic core.
  • An application e.g. a ferromagnetic core can provide a higher magnetic flux density in the coil and an increased inductance of the coil.
  • Suitable materials for the core can be the metals nickel zinc, manganese zinc and cobalt, as well as other alloys.
  • the core is not only limited to cores arranged exclusively inside the coil, but also includes cores which form the core integrally as part of a modular coil housing. The embodiment of a coil with a modular
  • Coil housing can improve the electromagnetic compatibility of the coil. For example, by using an EP core as a Housing is used, the electromagnetic shielding by the housing, especially in high-frequency applications, can be improved and the electromagnetic compatibility can be increased.
  • the pipe can be embedded in a plastic in order to protect the pipe against mechanical influences, but also against temperature and chemical influences.
  • Epoxy resin and phenyl resin are also suitable as plastic
  • the coil component is more suitable with the aid of a
  • Pick-and-place machines for example, to be assembled in a pick-and-place process.
  • Powder with magnetic properties such as iron powder, or magnetic nanoparticles can be mixed into the plastic.
  • the inductance of the coil can be increased and the
  • the inductance can be adjusted via the proportion of magnetic particles in the plastic.
  • the coil can continue to work with
  • Embedding in a plastic regardless of whether it contains a proportion of magnetic powder, has a magnetic core to increase the inductance of the coil.
  • the coil By embedding the coil in a plastic, in particular in a plastic that has a proportion of a powder with magnetic properties, the
  • Electromagnetic shielding of the component can be improved and the electromagnetic compatibility increased.
  • the coil can have an outer diameter of 0.2 to 50 mm.
  • the outer diameter of Coil in the range between 0.5 and 20 mm. This size is particularly suitable for providing coils that are suitable for applications on a printed circuit board.
  • Outer diameter should not be less than 0.2 mm
  • the outside diameter should not be larger than 50 mm, preferably not larger than 20 mm, since otherwise the manufacture of the coil from a tube appears uneconomical.
  • the contact portion can have a flat surface which forms a solderable connection. Accordingly, the coil can in particular be designed to be soldered onto the conductor track, for example a circuit board.
  • Another aspect of the present application relates to a module that has at least two coils.
  • the coils can in particular be the coils described above.
  • the at least two coils are arranged in a common housing.
  • the housing can be formed by a plastic in which both coils are embedded.
  • the two coils can be arranged spatially parallel to one another.
  • the coils are preferably arranged in such a way that the coils can be electrically contacted individually and are not interconnected in the module.
  • the coils can be connected to one another electrically in parallel or in series to give the entire module a desired inductance. In this way it is possible to assemble a module from several coils in such a way that the entire module has a higher or lower inductance than the individual coil.
  • the use of the module can be an assembly of a
  • the module Shorten the printed circuit board with a large number of coils and thus lead to a cycle time reduction in a manufacturing process. Since the module is mounted on individual coils instead of a large number of individual coils, only one module instead of several individual coils has to be positioned on the circuit board when the coils are assembled, for example with a pick-and-place machine. The module can thus simplify a subsequent process in which the module is installed.
  • the arrangement of several coils within a module saves space compared to the arrangement of several individual coils next to one another.
  • a printed circuit board for a mobile device e.g. a smartphone can do this
  • housing material can be saved when using the module instead of individually embedded coils.
  • the coil can in particular be the coil described above.
  • the procedure consists of the following steps:
  • a. Providing a tube with a tube wall made of an electrically conductive material, and b. Creating a gap in an inductive section of the pipe, the gap in the inductive section being the
  • the inductance of the inductive section can only be created by creating the gap.
  • the gap can be a cutting gap that is generated with a laser.
  • the shape of the contact section can also be produced with a laser, in particular in a laser process with the production of the gap.
  • a laser process is suitable for generating the gap in the inductive sections, but also for generating a recess in the contact sections of the tube.
  • the laser process has the advantage of being flexible and fast.
  • the laser process has the advantage of not generating any mechanical stress, as it works without contact and leaves little residue.
  • Alternatives to create the gap can be, for example, a milling process, a sawing process or water jet cutting.
  • Step b above. may have a further substep, wherein a recess is formed in the contact section of the pipe by removing a region of the pipe wall.
  • the recess in the contact section of the tube and the gap in the inductive area can be produced together in a single process step. Accordingly, the entire step b can be produced in a single process step, for example by means of laser cutting.
  • a further sub-step of step b. can a
  • Area of the pipe wall that was not removed in the first sub-step can be planarized.
  • the area can be shaped into a flat electrical connection that is attached to a conductor track, for example a printed circuit board
  • the planarization can go through
  • step b first of all, a coil strand is generated in that a plurality of inductive sections are generated along the tube, in each of which a gap is generated that is in the respective inductive
  • Section forms the tube wall into a helix, and a contact section is formed between two inductive sections, which forms an electrical connection after the coil strand has been separated.
  • a coil train can optimize the handling of the coils in production. Several coils can be treated at the same time, which in turn can lead to a reduction in cycle times in production. In addition, material can be saved by creating several inductive sections in one pipe.
  • the coil has an EP core.
  • the inductance of the coil and the electromagnetic compatibility of the coil can thus be increased.
  • coils or coil strands can be embedded in plastic and thus form a package.
  • the coils or coil strands can already have a magnetic core at this point. It is advantageous here to have the coil strands parallel to one another before embedding to arrange. By embedding several coil strands at the same time and not individually, the
  • the plastic protects the coils from mechanical influences as well as from temperature and chemical influences. Powder with magnetic properties or magnetic nanoparticles can also be mixed into the plastic. By adding magnetic particles to the plastic, the inductance of the coil can be increased and can also be adjusted via the proportion of magnetic particles in the plastic.
  • Plastic which can also have magnetic components, are embedded. This can be the inductance and the
  • the coils After embedding several parallel coil strands in a package, the coils can be separated transversely and parallel to the central axis of the coil strands. Here it is from
  • Another aspect relates to a method for producing a module.
  • the package which has several coil strands arranged in parallel, can be transverse to the central axis of the Strands are isolated. There is no separation into individual coils parallel to the axis.
  • the module has at least two coils in a common housing, each of the coils having a tube with a
  • the method for producing the module has the following steps: Generating at least two coil strands, in that a plurality of inductive sections are generated along each of the tubes, in each of which a gap is generated, which in the respective inductive section turns the tube wall into a helix forms, and wherein a contact portion is formed between two inductive sections, which after a
  • the central axis of the coil strands runs to the module.
  • Figure la shows a three-dimensional representation of a possible embodiment of a pipe.
  • Figure lb shows a three-dimensional representation of a possible second embodiment of a pipe.
  • Figure 2 shows a three-dimensional representation of a coil strand.
  • Figure 3 shows a spatial representation of a
  • FIG. 4 shows a three-dimensional representation of a coil, the contact sections of which are open and planarized.
  • FIG. 5 shows a three-dimensional representation of a coil, as in FIG. 4, but which has a magnetic core - cylinder core - and is embedded in plastic.
  • FIG. 6 shows a three-dimensional representation of a coil which is arranged in a removable housing with an integrated core - EP core.
  • FIG. 7 shows a spatial representation of several
  • FIG. 8 shows a three-dimensional representation of several coils which are embedded in plastic and which have been separated transversely to the central axis of the coil strands.
  • FIG. 9 shows a three-dimensional representation of a coil which has been embedded in plastic and which is ready for use
  • a tube 2 is shown, each with a round and a rounded square cross-sectional area.
  • a tube 2 is an elongated hollow body which has an opening that extends from a first end of the body through the entire body to a second end opposite the first end.
  • the tube 2 can be symmetrical about its central axis 3, the
  • Central axis 3 extends from the center of the base at the first end to the center of the base of the second end.
  • the tube 2 can be circular, oval, rectangular or polygonal
  • the tube 2 can have an outside diameter of 0.2 to 50 mm.
  • the outer diameter of the tube 2 can preferably be in the range between 0.5 and 20 mm. This size is particularly suitable for the production of coils for
  • Pipe wall 6 the thickness of which is determined by the distance between the inner radius and the outer radius of the pipe 2, can vary greatly depending on the pipe 2 used, a thickness of less than 1 mm being advantageous for machining.
  • the tube 2 consists primarily of an electrically conductive material.
  • the tube 2 is a starting material that is used in the
  • the tube 2 shown in FIG. 1 a can initially be structured into a coil strand.
  • Figure 2 shows the coil strand.
  • the tube 2 can in particular be structured by a laser process in which inductive sections 7 and 7 in the tube 2
  • Sections 7 and the contact sections 8 alternate along the tube 2.
  • the handling of the bobbins in production is optimized by the bobbin train. Several coils can be treated at the same time, which leads to a cycle time reduction in production.
  • inductive sections 7 by producing several inductive sections 7 in a tube 2, material can be saved. The inductive sections 7 are integral through the
  • Coil strand can be different or the same
  • Inductances can be determined, for example, by the number of turns that are formed with the gap 4, or with the spacing of the gap 4 in the direction of the central axis 3 after one revolution around the tube 2, which is the width of the turns
  • the columns 4 shown are the same and consequently the inductance of the individual inductive sections 7 are also the same.
  • the coil has a tube 2 made of electrically conductive
  • the entire tube 2 can be structured in such a way that only a single inductive section 7 and two are attached to it adjacent contact sections 8 result. Accordingly, the tube 2 can be structured into the intermediate product shown in FIG. 3, the tube 2 having to be cut to a suitable length.
  • the contact section 8 and the inductive section 7 are connected to one another by a connecting section 10.
  • the contact section 8, the connection section 10 and the inductive section 7 are formed integrally and in one piece from the structured tube wall 6.
  • the connecting section 10 is sufficiently wide that it is insignificant for the resistance of the coil 1.
  • Figure 4 shows the coil 1 after planarization of the
  • Embodiment is suitable, for example, for example on the conductor tracks of a circuit board by means of a
  • Soldering process to be contacted.
  • the configuration of the contact sections 8 is not limited to the illustrated embodiments.
  • the shape of the contact sections 8 can be adapted to a housing shape.
  • FIG. 5 shows the coil 1 shown in FIG. 4, which was additionally equipped with a magnetic core 11.
  • the coil 1 is embedded in plastic 9, the
  • Plastic contains 9 parts of magnetic particles can.
  • the use of a ferromagnetic core 11, for example, can ensure a higher magnetic flux density in the coil 1 and an increase in the inductance of the coil 1.
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment in which the coil shown in FIG. 4 is connected to an EP core 11, the EP core 11 also integrally forming a housing.
  • the EP core 11 consists of two halves that follow
  • electromagnetic compatibility of the component can be increased.
  • FIG. 7 there are four coil strands made of plastic 9
  • the central axes 3 of the coils 1 being arranged parallel to one another. Such an arrangement is also called a package.
  • the four coil strands each have four inductive sections 7 and five contact sections 8 here.
  • the package shown in FIG. 7 is only an example and more coil strands, and in particular more than 20 coil strings, with any other number of inductive sections 7 and 7 can be used
  • the contact sections 8 are used.
  • the contact sections 8 are in this embodiment by recesses
  • Dashed lines show three possible dividing lines 12 for isolation, which run transversely to the central axis 3 of the coils 1 and through the contact sections 8. Alternative embodiments are also conceivable in which separation takes place along any other number of separating lines 12. An isolation parallel to the central axis 3 of the Coil 1 is also possible. If the coil 1 is isolated parallel to the central axis 3 of the tube 2, the inductive sections 7 are connected to one another in series. The manufacturing process can be accelerated by embedding several coil strands 1 simultaneously and not individually.
  • the coils 1 are protected by the plastic 9 against mechanical but also against temperature and
  • the plastic 9 can, however, also be mixed with particles with magnetic properties, such as iron powder or magnetic nanoparticles. With the addition of magnetic particles to the plastic 9, the inductance of the coil 1 can be increased and also adjusted via the proportion in the plastic.
  • FIG. 8 shows a module made up of four inductive sections 7, which have also been embedded in plastic 9 and which have been separated from the package in a manner analogous to the dashed lines in FIG.
  • the module shown in Figure is only an example and more coils 1, and in particular more than 20 coils 1, can be arranged in the module.
  • the contact surfaces themselves are from below and
  • solder pads or conductor tracks for example via solder pads or conductor tracks via a
  • Soldering process or bonding process are contacted.
  • the use of a module can lead to a cycle time reduction when assembling the coils 1.
  • a pick-and-place machine for example, only has to place the component on a single, instead of several times
  • each coil 1 in the module can be provided to be connected to one another in parallel, in series or not at all. In the embodiment shown in FIG. 8, each coil 1 can be individually
  • the inductive sections 7 are electrically connected in parallel to one another. Becomes the conductor track
  • the inductive sections 7 are connected in series.
  • a single coil 1 can be seen which has been embedded in plastic 9.
  • the coil 1 has 10 turns and planar contact sections 8.
  • the coil can have many more turns, and in particular also more than 20 turns. It can be produced either by separating the coils 1 from FIG. 8 parallel to the longitudinal axis 3 of the tube 2, or by embedding a single coil 1, as from FIG. 3, in plastic 9. Separation of the coil 1 from a package, the first separation running parallel and subsequently transversely to the longitudinal axis of the coil, or vice versa, is also possible.
  • a coil 1 as in FIG. 9 has the advantage that it can be contacted via the planar contact section 8, which is formed integrally with the coil 1.
  • the coil 1 has a lower overall resistance, which in turn leads to a low power loss.
  • the thermal load is also reduced, above all at possible contacts, as a result of which the susceptibility of the coil 1 to errors is reduced.

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Abstract

Eine Spule (1), die ein Rohr (2) mit einer Rohrwand (6) aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist, wobei das Rohr (2) einen induktiven Abschnitt (7) aufweist, in dem ein Spalt (4) in der Rohrwand (6) angeordnet ist, der die Rohrwand (6) in dem induktiven Abschnitt (7) zu einer Wendel formt, und wobei das Rohr (2) zwei Kontaktabschnitte (8) aufweist, in dem die Rohrwand (6) zu einem elektrischen Anschluss geformt ist. Weitere Aspekte betreffen ein Modul aufweisend mehrere Spulen, ein Verfahren zur Herstellung einer Spule und ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls.

Description

Beschreibung
Spule und Verfahren zur Herstellung der Spule
Die Erfindung betrifft eine Spule, aufweisend ein Rohr aus leitfähigem Material, und ein Verfahren zur Herstellung der Spule .
Im Zuge der Miniaturisierung von elektrischen Schaltungen ist es vom hohen Interesse, kleine induktive Bauteile
bereitzustellen, die eine geringe Verlustleistung, eine hohe Stromtragfähigkeit sowie eine zuverlässige Langlebigkeit aufweisen .
Insbesondere bei Drahtspulen kann eine Schwachstelle die Verbindung des Drahtes zu einem Kontaktelement, welches zur äußeren Kontaktierung benötigt wird, sein. Die Verbindung, die meist mit Schweißstellen bzw. Lötstellen realisiert werden, können durch verwendete Legierung, die Kupfer, Zinn oder Nickel enthalten, oder durch Verunreinigungen mit
Sauerstoff einen zumindest geringfügig erhöhten Widerstand aufweisen. Bei einer unsauber ausgeführten Kontaktierung kann darüber hinaus der Widerstand erheblich erhöht sein. Dadurch kann ein hoher Übergangswiderstand entstehen, der eine hohe Verlustleistung hervorruft. Dadurch kann an dieser Stelle ebenfalls eine erhöhte thermische Belastung auftreten, die im harmlosen Fall zu einem Versagen der Spule oder im
folgenschweren Fall zu einem Brand führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spule mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Spule bereitzustellen. Die vorliegende Aufgabe wird durch eine Spule nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen der Spule und ein Verfahren zur Herstellung der Spule sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen .
Es wird eine Spule vorgeschlagen, die ein Rohr mit einer Rohrwand aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist, wobei das Rohr einen induktiven Abschnitt aufweist, in dem ein Spalt in der Rohrwand angeordnet ist, der die Rohrwand in dem induktiven Abschnitt zu einer Wendel formt, und wobei das Rohr zwei Kontaktabschnitte aufweist, in denen die Rohrwand jeweils zu einem elektrischen Anschluss geformt ist.
Als Rohr kann ein länglicher Hohlkörper bezeichnet werden, der eine Öffnung aufweist, die sich von einem ersten Ende des Körpers durch den gesamten Körper bis zu einem zweiten Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, erstreckt. Das Rohr kann symmetrisch zu seiner Mittelachse sein, wobei die Mittelachse sich vom Mittelpunkt einer Grundfläche am ersten Ende bis zum Mittelpunkt einer Grundfläche am zweiten Ende erstreckt. In einer Ausführungsform kann das Rohr einen kreisrunden, ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Es sind auch andere Querschnitte möglich.
Als Wendel kann eine helixförmige Struktur bezeichnet werden. Die Wendel kann insbesondere Windungen der Spule ausbilden.
Das Rohr kann insbesondere einen helixförmigen Spalt in der Rohrwand aufweisen, wodurch die Windungen der Spule aus dem Rohr gebildet werden. Das Rohr besteht aus einem leitfähigen Material. Unter einem leitfähigen Material werden Materialien mit einer Leitfähigkeit von über 104 S/m, jedoch insbesondere Materialien mit einer Leitfähigkeit von über 105 S/m oder über 106 S/m, angesehen. Materialien mit einer sehr hohen Leitfähigkeit, beispielsweise Metalle wie Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold können dafür geeignet sein. Ebenfalls geeignet als Ausgangsmaterial für Rohr können industrielle Stähle wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl, legierter Stahl oder Werkzeugstahl sein.
Das Rohr weist den induktiven Abschnitt und zumindest einen Kontaktabschnitt auf. Der induktive Abschnitt kann durch die vom Spalt geformte Wendel eine Induktivität bilden. Der induktive Abschnitt und der Kontaktabschnitt sind einstückig aus einem Material der Rohrwand ausgebildet. Für die
Verbindung des induktiven Abschnitts mit dem Kontaktabschnitt sind somit keine Verbindungspartner, wie etwa Lot,
erforderlich. Vielmehr können der induktive Abschnitt und der Kontaktabschnitt durch eine entsprechende Strukturierung der Rohrwand gebildet werden und dabei durch das Rohrmaterial miteinander verbunden bleiben.
Die Spule hat den Vorteil, dass keine internen
Verbindungsstellen zur Verbindung eine Induktivität mit einem Anschluss erforderlich sind. Der induktive Bereich und der Kontaktbereich können vielmehr integral ausgebildet sein. Die Spule weist einen geringeren Gesamtwiderstand auf als eine Spule, bei der interne Verbindungsstellen zur Verbindung einer Induktivität mit einem Anschluss erforderlich sind. Darüber hinaus fallen durch den Verzicht auf interne
Kontaktierungen auch die thermische sowie die mechanische Belastung weg, die andernfalls an den möglichen internen Kontaktierungen auftreten würden, wodurch die
Fehleranfälligkeit der Spule reduziert wird. Das Rohr muss dafür im Querschnitt nicht rund sein, sondern kann beispielsweise oval, quadratisch, rechteckig, vieleckig, quadratisch mit abgerundeten Ecken, rechteckig mit
abgerundeten Ecken oder vieleckigen mit abgerundeten Ecken sein. Ein quadratischer Querschnitt bietet den Vorteil einer optimalen Ausnutzung eines zur Verfügung stehenden Bauraums bei vorgegebener Höhe bzw. Breite.
Je nach Anwendungsbestimmung für die Spule kann die
Grundfläche des Rohres flächig, d.h. die Ausdehnungen des Rohres, die die Grundfläche aufspannen, groß gegenüber der Ausdehnung in eine Höhe, und die Höhe gering sein. Oder das Rohr kann eine geringe Grundfläche bei einer beträchtlichen Höhe aufweisen. Ist die Spule beispielweise auf einer
Leiterplatte verbaut, die in einem schmalen Gehäuse montiert ist, kann eine flächige und flache Form vorteilhaft sein. Falls hingegen wenig Platz auf der Leiterplatte selbst bereitgestellt werden kann, ist möglicherweise eine Rohrform vorteilhaft, die eine geringe Grundfläche, aber dafür eine nennenswerte Höhe aufweist.
Ferner kann die Spule einen magnetischen Kern aufweisen. Ein Einsatz z.B. eines ferromagnetischer Kerns kann für eine höhere magnetische Flussdichte in der Spule und eine erhöhte Induktivität der Spule sorgen. Geeignete Materialien für den Kern können die Metalle Nickelzink, Manganzink und Kobalt, sowie andere Legierungen sein. Hierbei begrenzt sich der Kern nicht nur auf ausschließlich im Inneren der Spule angeordnete Kerne, sondern schließt auch Kerne mit ein, die den Kern integral als Teil eines modularen Spulen-Gehäuses ausbilden. Die Ausführungsform einer Spule mit einem modularen
Spulengehäuse kann die elektromagnetische Verträglichkeit der Spule verbessern. Indem beispielsweise ein EP-Kern als Gehäuse verwendet wird kann die elektromagnetische Abschirmung durch das Gehäuse, vor allem bei hochfrequenten Anwendungen, verbessert werden und die elektromagnetische Verträglichkeit damit erhöht werden.
Des Weiteren kann das Rohr in einen Kunststoff eingebettet werden, um das Rohr vor allem gegen mechanische aber auch gegen Temperatur- und Chemikalieneinflüssen zu schützen. Als Kunststoff eignen sich Epoxidharz, Phenylharz aber auch
Silikone. Indem das Rohr in ein Kunststoff gebettet wird, ist das Spulen-Bauteil geeigneter mit Hilfe eines
Bestückungsautomaten, beispielsweise in einem Pick-and-Place- Verfahren, montiert zu werden.
In den Kunststoff kann Pulver mit magnetischen Eigenschaften, wie Eisenpulver, oder magnetische Nanopartikel gemischt sein. Mit der Zugabe von magnetischen Partikeln in den Kunststoff kann die Induktivität der Spule erhöht werden und die
elektrischen Eigenschaften verbessert werden. Über den Anteil der magnetischen Partikel im Kunststoff kann die Induktivität angepasst werden. Die Spule kann weiterhin auch beim
Einbetten in ein Kunststoff, unabhängig davon ob dieser einen Anteil an magnetischen Pulver aufweist, einen magnetischen Kern aufweisen um die Induktivität der Spule zu erhöhen.
Durch das Einbetten der Spule in ein Kunststoff, insbesondere in einen Kunststoff, der einen Anteil an einem Pulver mit magnetischen Eigenschaften aufweist, kann die
elektromagnetische Abschirmung des Bauteils, vor allem auch bei hochfrequenten Anwendungen, verbessert werden und die elektromagnetische Verträglichkeit erhöht werden.
Ferner kann die Spule einen Außendurchmesser von 0,2 bis 50 mm aufweisen. Vorzugsweise kann der Außendurchmesser der Spule im Bereich zwischen 0,5 bis 20 mm liegen. Diese Größe ist besonders dafür geeignet Spulen bereitzustellen, die für Anwendungen auf einer Leiterplatte geeignet ist. Der
Außendurchmesser sollte nicht kleiner als 0,2 mm,
vorzugsweise nicht kleiner als 0,5 mm, sein, da ansonsten eine derart kleine Spule erzeugt würde, dass das automatische Teilehandling mit erheblichen technischen Schwierigkeiten verbunden wäre. Der Außendurchmesser sollte nicht größer als 50 mm, vorzugsweise nicht größer als 20 mm sein, da ansonsten die Herstellung der Spule aus einem Rohr unwirtschaftlich erscheint .
Der Kontaktabschnitt kann eine ebene Fläche aufweisen, die einen lötbaren Anschluss bildet. Dementsprechend kann die Spule insbesondere dazu ausgestaltet sein, auf die Leiterbahn zum Beispiel einer Leiterplatte aufgelötet zu werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung betrifft ein Modul, das zumindest zwei Spulen aufweist. Bei den Spulen kann es sich insbesondere um die oben beschriebenen Spulen handeln .
Die zumindest zwei Spulen sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann durch einen Kunststoff gebildet werden, in den beide Spulen eingebettet sind. Die beiden Spulen können dabei räumlich parallel zueinander angeordnet sein .
Bevorzugter Weise werden die Spulen so angeordnet, dass die Spulen elektrisch einzeln kontaktiert werden können und im Modul nicht miteinander verschaltet sind. In einer
alternativen Ausführungsform können die Spulen elektrisch parallel oder seriell untereinander verschaltet werden, um dem gesamten Modul eine gewünschte Induktivität zu verleihen. Auf diese Weise ist es möglich, aus mehreren Spulen ein Modul so zusammenzusetzen, dass das gesamte Modul eine höhere oder niedrigere Induktivität als die einzelne Spule aufweist.
Der Gebrauch des Moduls kann eine Bestückung einer
Leiterplatte mit einer Vielzahl von Spulen verkürzen und so zu einer TaktZeitverkürzung bei einem Herstellungsverfahren führen. Indem das Modul, statt einer Vielzahl an einzelnen Spulen montiert wird, muss bei der Montage der Spulen, beispielsweise mit einem Pick-and-Place-Automat, nur ein Modul, statt mehrerer einzelner Spulen auf der Leiterplatte positioniert werden. Das Modul kann somit einen Folgeprozess, bei dem das Modul eingebaut wird, vereinfachen.
Darüber hinaus wird durch die Anordnung von mehreren Spulen innerhalb eines Moduls, im Vergleich zur Anordnung von mehreren einzelnen Spulen nebeneinander, Platz eingespart.
Bei Anwendungen, bei denen ein zur Verfügung stehender Platz sehr gering ist, beispielsweise bei einer Leiterplatte für ein mobiles Gerät, z.B. ein Smartphone, kann diese
Platzersparnis ein wesentlicher Vorteil sein. Ferner kann bei Verwendung des Moduls statt einzeln eingebetteter Spulen Gehäusematerial eingespart werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spule. Bei der Spule kann es sich insbesondere um die vorher beschriebene Spule handeln.
Das Verfahren umfasst die Schritte:
a. Bereitstellen eines Rohres mit einer Rohrwand aus einem elektrisch leitfähigen Material, und b. Erzeugen eines Spalts in einem induktiven Abschnitt des Rohres, wobei der Spalt in dem induktiven Abschnitt die
Rohrwand zu einer Wendel formt, und das Formen von zumindest zwei Abschnitten des Rohres zu Kontaktabschnitten.
Die Induktivität des induktiven Abschnitts kann dabei erst durch das Erzeugen des Spalts erstellt werden. Der Spalt kann ein Schneidespalt sein, der mit einem Laser erzeugt wird. Die Form des Kontaktabschnittes kann ebenfalls mit einem Laser, insbesondere in einem Laserprozess mit der Erzeugung des Spaltes, erzeugt werden.
Zur Erzeugung des Spalts in den induktiven Abschnitten, aber auch zum Erzeugen einer Ausnehmung in den Kontaktabschnitten des Rohres ist ein Laserprozess geeignet. Der Laserprozess hat den Vorteil flexibel einsetzbar zu sein und schnell zu sein. Darüber hinaus hat der Laserprozess den Vorteil keine mechanische Beanspruchung zu erzeugen, da er kontaktfrei arbeitet und wenige Rückstände hinterlässt. Weitere
Alternativen um die Spalte zu erzeugen können beispielsweise ein Fräsprozess, ein Sägeprozess oder Wasserstrahlschneiden sein .
Der oben genannte Schritt b. kann einen weiteren Teilschritt aufweisen, wobei in dem Kontaktabschnitt des Rohres eine Ausnehmung gebildet wird, indem ein Bereich der Rohrwand entfernt wird. Die Ausnehmung in dem Kontaktabschnitt des Rohres und der Spalt in dem induktiven Bereich können in einem einzigen Verfahrensschritt gemeinsam erzeugt werden. Dementsprechend kann der gesamte Schritt b in einem einzigen Prozessschritt, beispielsweise mittels Laserschneiden, erzeugt werden. In einem weiteren Teilschritt des Schritts b. kann ein
Bereich der Rohrwand, der in dem ersten Teilschritt nicht entfernt wurde, planarisiert werden. Dabei kann der Bereich zu einem flachen elektrischen Anschluss geformt werden, der auf eine Leiterbahn zum Beispiel einer Leiterplatte
aufgelötet werden kann. Das Planarisieren kann durch
Aufbringung von Druck an der gewünschten Stelle,
beispielsweise mit einem Stempel, erfolgen.
Zusätzlich kann in Schritt b. zunächst ein Spulenstrang dadurch erzeugt werden, dass entlang des Rohres mehrere induktive Abschnitte erzeugt werden, in denen jeweils ein Spalt erzeugt wird, der in dem jeweiligen induktiven
Abschnitt die Rohrwand zu einer Wendel formt, und zwischen zwei induktiven Abschnitten jeweils ein Kontaktabschnitt geformt wird, der nach einer Vereinzelung des Spulenstrangs einen elektrischen Anschluss bildet. Durch einen solchen Spulenstrang kann die Handhabung der Spulen in der Produktion optimiert werden. So können mehrere Spulen gleichzeitig behandelt werden, was wiederum zu einer TaktZeitverkürzung in der Produktion führen kann. Außerdem kann durch das Erzeugen von mehreren induktiven Abschnitten in einem Rohr Material eingespart werden.
In einem zusätzlichen Teilschritt weist die Spule einen EP- Kern auf. Somit kann die Induktivität der Spule und die elektromagnetische Verträglichkeit der Spule erhöht werden.
Mehrere Spulen oder Spulenstränge können in Kunststoff eingebettet werden und somit ein Package bilden. Die Spulen oder Spulenstränge können an dieser Stelle bereits einen magnetischen Kern aufweisen. Hierbei ist es von Vorteil, die Spulenstränge vor dem Einbetten parallel zueinander anzuordnen. Indem mehrere Spulenstränge gleichzeitig, und nicht einzeln, eingebettet werden, kann der
Herstellungsprozess beschleunigt werden. Der Kunststoff schützt die Spulen vor mechanischen sowie vor Temperatur- und Chemikalieneinflüssen. In den Kunststoff kann auch Pulver mit magnetischen Eigenschaften oder magnetische Nanopartikel gemischt sein. Mit der Zugabe von magnetischen Partikeln in den Kunststoff kann die Induktivität der Spule erhöht werden und über Anteil der magnetischen Partikel im Kunststoff auch angepasst werden.
Es kann vorteilhaft sein magnetische Kerne in die
Spulenstränge oder den Spulen anzuordnen. Dies kann die
Induktivität der Spulen bzw. Spulenstränge erhöhen. Darüber hinaus ermöglicht eine Anordnung der Kerne in den
Spulensträngen vor dem Einbetten in ein Kunststoff, Spulen mit einem magnetischen Kern herzustellen, die in einem
Kunststoff, der auch magnetische Anteile aufweisen kann, eingebettet sind. Dies kann die Induktivität und die
elektromagnetische Verträglichkeit der Spulen erhöhen.
Nach dem Einbetten mehrerer paralleler Spulenstränge in ein Package können die Spulen quer und parallel zur Mittelachse der Spulenstränge vereinzelt werden. Hierbei ist es von
Vorteil die Trennlinie durch die Kontaktabschnitte der Spulen zu führen. Somit wird das Package zu einzelnen Spulen
vereinzelt. Es ist sowohl möglich, das Package erst quer und anschließend parallel zu vereinzeln als auch das Package erst parallel und dann quer zu vereinzeln.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls. Dabei kann das Package, das mehrere parallel angeordnete Spulenstränge aufweist, quer zur Mittelachse der Stränge vereinzelt werden. Es erfolgt keine Vereinzelung in einzelne Spulen parallel zur Achse.
Das Modul weist zumindest zwei Spulen in einem gemeinsamen Gehäuse auf, wobei jede der Spulen ein Rohr mit einer
Rohrwand aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist, wobei das Rohr einen induktiven Abschnitt aufweist, in dem ein Spalt in der Rohrwand angeordnet ist, der die Rohrwand in dem induktiven Abschnitt zu einer Wendel formt, und wobei das Rohr einen Kontaktabschnitt aufweist, in dem die Rohrwand zu einem elektrischen Anschluss geformt ist. Das Verfahren zur Herstellung des Moduls weist die folgenden Schritte auf: - Erzeugen von zumindest zwei Spulensträngen, dadurch dass entlang jedes der Rohre mehrere induktive Abschnitte erzeugt werden, in denen jeweils ein Spalt erzeugt wird, der in dem jeweiligen induktiven Abschnitt die Rohrwand zu einer Wendel formt, und wobei zwischen zwei induktiven Abschnitten jeweils ein Kontaktabschnitt geformt wird, der nach einer
Vereinzelung des Spulenstrangs jeweils einen elektrischen Anschluss zu den zwei benachbarten induktiven Abschnitten bildet,
- Paralleles Anordnen der Spulenstränge,
- Einbetten der Spulenstränge in einen Kunststoff, der das Gehäuse bildet, und
- Vereinzeln der durch den Kunststoff verbundenen
Spulenstränge entlang Trennlinien, die quer zu einer
Mittelachse der Spulenstränge verläuft zu dem Modul.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Figur la zeigt eine räumliche Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines Rohrs. Figur lb zeigt eine räumliche Darstellung einer möglichen zweiten Aus führungs form eines Rohrs.
Figur 2 zeigt eine räumliche Darstellung eines Spulenstrangs.
Figur 3 zeigt eine räumliche Darstellung eines
Zwischenprodukts bei der Herstellung einer Spule aus dem Spulenstrang .
Figur 4 zeigt eine räumliche Darstellung einer Spule, deren Kontaktabschnitte geöffnet und planarisiert sind.
Figur 5 zeigt eine räumliche Darstellung einer Spule, wie in Figur 4, die jedoch einen magnetischen Kern - Zylinderkern - aufweist und in Kunststoff eingebettet ist.
Figur 6 zeigt eine räumliche Darstellung einer Spule, die in einem abnehmbaren Gehäuse mit integriertem Kern - EP-Kern - angeordnet ist.
Figur 7 zeigt eine räumliche Darstellung von mehreren
Spulensträngen, die in Kunststoff zu einem Package
eingebettet sind.
Figur 8 zeigt eine räumliche Darstellung von mehreren Spulen, die in Kunststoff eingebettet sind und quer zur Mittelachse der Spulenstränge vereinzelt worden sind.
Figur 9 zeigt eine räumliche Darstellung einer Spule, die in Kunststoff eingebettet wurde und ein einsatzbereites
Einzelbauteil ist. Gleiche Elemente, ähnliche oder augenscheinlich gleiche
Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse in den
Figuren sind nicht maßstabsgetreu.
In Figur la und lb wird ein Rohr 2 mit jeweils einer runden und einer abgerundeten quadratischen Querschnittsfläche gezeigt. Ein Rohr 2 ist ein länglicher Hohlkörper, der eine Öffnung aufweist, die sich von einem ersten Ende des Körpers durch den gesamten Körper bis zu einem zweiten Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, erstreckt. Das Rohr 2 kann symmetrisch zu seiner Mittelachse 3 sein, wobei die
Mittelachse 3 sich vom Mittelpunkt der Grundfläche am ersten Ende bis zum Mittelpunkt der Grundfläche des zweiten Endes erstreckt. In einer Ausführungsform kann das Rohr 2 eine kreisrunde, ovale, rechteckige oder vieleckige
Querschnittsfläche aufweisen. Es sind auch andere
Querschnitte möglich.
Das Rohr 2 kann einen Außendurchmesser von 0,2 bis 50 mm aufweisen. Vorzugsweise kann der Außendurchmesser des Rohrs 2 im Bereich zwischen 0,5 bis 20 mm liegen. Diese Größe ist besonders dafür geeignet Spulen herzustellen, die für
Anwendungen auf einer Leiterplatte geeignet sind. Die
Rohrwand 6, deren Dicke vom Abstand zwischen Innenradius zum Außenradius des Rohrs 2 bestimmt wird, kann je nach benutzten Rohr 2 stark variieren, wobei eine Dicke von weniger als 1 mm vorteilhaft für die Bearbeitung sein kann. Entlang des
Außenradius in Richtung der Mittelachse 3 verläuft die
Manteloberfläche 5 des Rohres 2. Das Rohr 2 besteht aus einem in erster Linie elektrisch leitfähigen Material. Das Rohr 2 stellt ein Ausgangsmaterial dar, das bei der
Fertigung einer Spule verwendet wird. Das Verfahren zur
Fertigung der Spule wird anhand der Figuren 1 bis 3
erläutert, die Zwischenprodukte bei der Herstellung der Spule zeigen. Figur 4 und Figur 5, 6, 8 und 9 zeigen mögliche
Ausführungsformen der Spule 1.
Im Laufe des Herstellungsverfahrens kann das in Figur la gezeigte Rohr 2 zunächst zu einem Spulenstrang strukturiert werden. Figur 2 zeigt den Spulenstrang. Dabei kann das Rohr 2 insbesondere durch einen Laserprozess strukturiert werden, bei dem im Rohr 2 induktive Abschnitte 7 und
Kontaktabschnitte 8 ausgebildet werden. Die induktiven
Abschnitte 7 und die Kontaktabschnitte 8 wechseln sich entlang des Rohres 2 ab.
In den induktiven Abschnitten 7 wird ein Spalt 4 erzeugt, der eine Rohrwand 6 durchdringt und die Rohrwand 6 zu einer
Wendel formt. Dadurch wird eine Induktivität der induktiven Abschnitte 7 ausgebildet. Die Kontaktabschnitte 8 bilden nach einer Vereinzelung des Spulenstrangs elektrische Anschlüsse. In den Kontaktabschnitten 8 wird bei der Strukturierung des Rohres 2 eine Ausnehmung gebildet, wobei ein Teil der
Rohrwand 6 entfernt wird.
Durch den Spulenstrang wird die Handhabung der Spulen in der Produktion optimiert. So können mehrere Spulen gleichzeitig behandelt werden, was zu einer TaktZeitverkürzung in der Produktion führt. Außerdem kann durch das Erzeugen von mehreren induktiven Abschnitten 7 in einem Rohr 2 Material eingespart werden. Die induktiven Abschnitte 7 sind integral durch die
Kontaktabschnitte 8 miteinander verbunden und weisen keine unnötigen Übergangswiderstände zwischen einander auf.
Die unterschiedlichen induktiven Abschnitte 7 des
Spulenstrangs können unterschiedliche oder gleiche
Induktivitäten aufweisen. Somit ist es möglich, aus einem Rohr 2 unterschiedliche Spulen zu erzeugen, die jeweils in der Induktivität variiert werden können, und daher für unterschiedlichste Anwendungen geeignet sind. Die
Induktivitäten können beispielsweise über die Anzahl der Windungen, die mit dem Spalt 4 gebildet werden, oder mit dem Abstand der Spalte 4 in Richtung der Mittelachse 3 nach einem Umlauf um das Rohr 2, was der Breite der Windungen
entspricht, variiert werden. In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 2 sind die gezeigten Spalte 4 gleich und folglich auch die Induktivität der einzelnen induktiven Abschnitte 7 gleich .
In Figur 3 wird eine räumliche Darstellung eines
Zwischenprodukts bei der Herstellung einer Spule aus dem Spulenstrang gezeigt. Der Spulenstrang wurde entlang von Trennlinien, die quer zur Mittelachse 3 des Spulenstrangs verlaufen, vereinzelt.
Die Spule weist ein Rohr 2 aus elektrisch leitfähigem
Material auf, wobei ein Spalt 4, der entlang einer
Manteloberfläche 5 und um die Längsachse 3 des Rohres 2 verläuft, erzeugt wurde und somit einen induktiven Abschnitt 7 ausbildet. In einer alternativen Ausführungsform kann das gesamte Rohr 2 derart strukturiert werden, dass sich nur ein einziger induktiver Abschnitt 7 und zwei an diesen angrenzende Kontaktabschnitte 8 ergeben. Dementsprechend kann das Rohr 2 zu dem in Figur 3 gezeigten Zwischenprodukt strukturiert werden, wobei das Rohr 2 auf eine geeignete Länge geschnitten werden muss.
Der Kontaktabschnitt 8 und der induktiven Abschnitt 7 sind durch einen Verbindungsabschnitt 10 miteinander verbunden.
Der Kontaktabschnitt 8, der Verbindungsabschnitt 10 und der induktive Abschnitt 7 sind integral und einstückig aus der strukturierten Rohrwand 6 geformt. Der Verbindungsabschnitt 10 ist hinreichend breit, so dass er unwesentlich für den Widerstand der Spule 1 ist.
Figur 4 zeigt die Spule 1 nach einem Planarisieren der
Kontaktabschnitte. Die Kontaktabschnitte 8 vom Rohr 2, die zwischen den induktiven Abschnitten 7 liegen, sind
planarisiert worden. Durch das Planarisieren der
Kontaktabschnitte 8 wird ein elektrischer Anschluss als ebene Fläche erzeugt, die dazu geeignet ist, eine elektrische
Kontaktierung zu ermöglichen. Die in Figur 4 gezeigt
Ausführungsform ist beispielsweise dazu geeignet zum Beispiel auf den Leiterbahnen einer Leiterplatte mittels eines
Lötprozesses kontaktiert zu werden.
Die Ausgestaltung der Kontaktabschnitte 8 ist jedoch nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
Insbesondere kann die Form der Kontaktabschnitte 8 an eine Gehäuseform angepasst werden.
Figur 5 zeigt die in Figur 4 gezeigte Spule 1, die zusätzlich mit einem magnetischen Kern 11 ausgestattet wurde. Zusätzlich ist die Spule 1 in Kunststoff 9 eingebettet, wobei der
Kunststoff 9 Anteile an magnetischen Partikeln enthalten kann. Die Verwendung eines beispielsweise ferromagnetischen Kerns 11 kann für eine höhere magnetische Flussdichte in der Spule 1 und eine Erhöhung der Induktivität der Spule 1 sorgen .
Figur 6 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der die in Figur 4 gezeigte Spule mit einem EP-Kern 11 verbunden ist, wobei der EP-Kern 11 integral auch ein Gehäuse bildet. Der EP-Kern 11 besteht aus zwei Hälften, die im Anschluss
verklebt werden können. Durch den EP-Kern 11 kann die Spule 1, insbesondere bei hochfrequenten Anwendungen,
elektromagnetisch abgeschirmt sein und somit die
elektromagnetische Verträglichkeit des Bauteils erhöht werden .
In Figur 7 sind vier Spulenstränge in Kunststoff 9
eingebettet, wobei die Mittelachsen 3 der Spulen 1 parallel zueinander angeordnet sind. Eine solche Anordnung wird auch Package genannt. Die vier Spulenstränge weisen hier jeweils vier induktive Abschnitte 7 und fünf Kontaktabschnitte 8 auf. In dem in Figur 7 gezeigten Package handelt es sich lediglich um ein Beispiel und es können mehr Spulensträngen, und insbesondere mehr als 20 Spulenstränge, mit einer beliebig anderen Anzahl an induktiven Abschnitten 7 und
Kontaktabschnitten 8 benutzt werden. Die Kontaktabschnitte 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch Ausnehmungen
geöffnet und anschließend planarisiert worden. Die
gestrichelten Linien weisen drei mögliche Trennlinien 12 zur Vereinzelung auf, die quer zur Mittelachse 3 der Spulen 1 und durch die Kontaktabschnitte 8 verlaufen. Auch alternative Ausführungsformen sind denkbar, bei denen eine Vereinzelung entlang einer anderen beliebigen Anzahl von Trennlinien 12 erfolgt. Eine Vereinzelung parallel zu den Mittelachse 3 der Spulen 1 ist ebenfalls möglich. Wird die Spule 1 parallel zur Mittelachse 3 des Rohres 2 vereinzelt sind die induktiven Abschnitte 7 seriell miteinander verbunden. Indem mehrere Spulenstränge 1 gleichzeitig, und nicht einzeln, eingebettet werden, kann der Herstellungsprozess beschleunigt werden.
In erster Linie werden die Spulen 1 durch der Kunststoff 9 gegen mechanische aber auch gegen Temperatur- und
Chemikalieneinflüssen geschützt. Der Kunststoff 9 kann jedoch auch mit Partikeln mit magnetischen Eigenschaften, wie beispielsweise Eisenpulver oder magnetischen Nanopartikel , vermischt sein. Mit der Zugabe von magnetischen Partikeln in den Kunststoff 9 kann die Induktivität der Spule 1 erhöht werden und über den Anteil im Kunststoff auch angepasst werden .
Figur 8 zeigt ein Modul aus vier induktiven Abschnitten 7, die ebenfalls in Kunststoff 9 gebettet worden sind und die analog zu den gestrichelten Linien in Figur 7 aus dem Package vereinzelt worden sind. Das in Figur gezeigten Modul ist lediglich ein Beispiel und es können mehr Spulen 1, und insbesondere mehr als 20 Spulen 1, in dem Modul angeordnet sein. Die Kontaktflächen selbst sind von unten und
gegebenenfalls von der Seite kontaktierbar und können
beispielweise über Lötpads oder Leiterbahnen über einen
Lötprozess oder Klebeprozess kontaktiert werden. Der Gebrauch eines Moduls kann zu einer TaktZeitverkürzung bei der Montage der Spulen 1 führen. Indem ein Modul statt einzelner Spulen 1 verbaut wird, muss beispielsweise ein Pick-and-Place-Automat nur einmal, statt mehrmals, das Bauteil auf einer
Leiterplatte positionieren. Darüber hinaus wird durch die Anordnung von mehreren Spulen innerhalb eines Moduls, im Vergleich zur Anordnung von mehreren einzelnen Spulen
nebeneinander, Platz eingespart.
Der Vorteil einer Anordnung der induktiven Abschnitte 7 wie in Figur 8 ist die variable Anschlussmöglichkeit der
einzelnen induktiven Abschnitte 7. Die Spulen 1 im Modul können dazu vorgesehen sein, miteinander parallel, seriell oder gar nicht verschaltet zu werden In der in Figur 8 gezeigten Ausführungsform kann jede Spule 1 einzeln
kontaktiert werden. Wird das Modul hingegen mit zwei
senkrecht zur Längsachse 3 laufenden Leiterbahnen
kontaktiert, sind die induktiven Abschnitte 7 elektrisch parallel zueinander verschaltet. Wird die Leiterbahn
mäanderförmig unter dem Modul angelegt, sind die induktiven Abschnitte 7 seriell verschaltet.
In Figur 9 sieht man eine einzelne Spule 1 die in Kunststoff 9 eingebettet worden ist. Die Spule 1 weist in dem gezeigten Beispiel 10 Windungen und planare Kontaktabschnitte 8 auf. In anderen Ausführungsformen kann die Spule jedoch viel mehr Windungen, und insbesondere auch mehr als 20 Windungen aufweisen. Sie kann entweder durch ein Vereinzeln der Spulen 1 aus Figur 8 parallel zu Längsachse 3 des Rohres 2, oder durch Einbetten einer einzelnen Spule 1, wie aus Figur 3, in Kunststoff 9 hergestellt worden sein. Eine Vereinzelung der Spule 1 aus einem Package, wobei die erste Trennung parallel und darauffolgend quer zur Längsachse der Spule, oder anders herum, verläuft, ist ebenfalls möglich.
Eine Spule 1 wie in Figur 9 hat den Vorteil, dass sie über den planaren Kontaktabschnitt 8, der integral mit der Spule 1 ausgebildet ist, kontaktiert werden kann. Die integrale
Ausbildung der Spule 1 aus dem Rohr 2 ermöglicht es auf zusätzliche Verbindungstechniken zu verzichten. Aus diesem Grund weist die Spule 1 einen geringeren Gesamtwiderstand auf, der wiederum zu einer geringen Verlustleistung führt. Darüber hinaus sinkt auch die thermische Belastung, vor allem an möglichen Kontaktierungen, wodurch die Fehleranfälligkeit der Spule 1 reduziert wird.
Bezugszeichenliste
1 Spule
2 Rohr
3 Mittelachse
4 Spalt
5 Mantelfläche
6 Rohrwand
7 induktiver Abschnitt 8 Kontaktabschnitt
9 Kunststoff
10 Verbindungsabschnitt 11 Kern/EP-Kern
12 Trennlinien

Claims

Patentansprüche
1. Spule (1) aufweisend,
ein Rohr (2) mit einer Rohrwand (6) aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei das Rohr (2) einen induktiven Abschnitt (7) aufweist, in dem ein Spalt (4) in der Rohrwand (6) angeordnet ist, der die Rohrwand (6) in dem induktiven Abschnitt (7) zu einer Wendel formt, und wobei das Rohr (2) zwei Kontaktabschnitte (8) aufweist, in denen die Rohrwand (6) jeweils zu einem elektrischen Anschluss geformt ist.
2. Spule (1) nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die Spule (1) einen Kern (11) aufweist.
3. Spule (1) nach einem der vorherigen Anspruch,
wobei das Rohr (2) in einen Kunststoff (9) eingebettet ist.
4. Spule (1) nach Anspruch 3,
wobei der Kunststoff (9) mit magnetischem Pulver,
magnetischen Partikeln oder einem anderen magnetischen Material vermischt ist.
5. Spule (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Spule (1) einen EP-Kern (11) aufweist.
6. Spule (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Rohr (2) einen Außendurchmesser aufweist,
der zwischen 0,2 mm und 50 mm liegt.
7. Spule (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Kontaktabschnitte (8) jeweils eine ebene
Fläche aufweisen, die jeweils einen lötbaren Anschluss bildet .
8. Modul aufweisend zumindest zwei Spulen (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
9. Verfahren zur Herstellung einer Spule (1), umfassend die Schritte :
a. Bereitstellen eines Rohres (2) mit einer Rohrwand (6) aus einem elektrisch leitfähigen Material,
b. Erzeugen eines Spalts (4) in einem induktiven Abschnitt (7) des Rohres (2), wobei der Spalt (4) in dem induktiven
Abschnitt (7) die Rohrwand (6) zu einer Wendel bildet, und Formen von zumindest zwei Abschnitten des Rohres zu
Kontaktabschnitten (8) .
10. Verfahren nach Anspruch 9,
wobei ein Laserprozess zur Erzeugung des Spalts (4) und zur Formung der Kontaktabschnitte (8) verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
wobei in einem Teilschritt des Schritts b. in dem
Kontaktabschnitt (8) des Rohres eine Ausnehmung gebildet wird, indem ein Bereich der Rohrwand (6) entfernt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
wobei die Ausnehmung in dem Kontaktabschnitt (8) des Rohres (2) und der Spalt (4) in dem induktiven Abschnitt (7) in einem einzigen Verfahrensschritt gemeinsam erzeugt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
wobei in einem weiteren Teilschritt des Schritts b. ein
Bereich im Kontaktabschnitt (8) der Rohrwand (6), der in dem ersten Teilschritt nicht entfernt wurde, planarisiert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei in Schritt b. zunächst ein Spulenstrang dadurch erzeugt wird, dass entlang des Rohres (2) mehrere induktive Abschnitte (7) erzeugt werden, in denen jeweils ein Spalt (4) erzeugt wird, der in dem jeweiligen induktiven Abschnitt die Rohrwand (6) zu einer Wendel bildet, und
wobei zwischen zwei induktiven Abschnitten (7) jeweils ein Kontaktabschnitt (8) geformt wird, der nach einer
Vereinzelung des Spulenstrangs jeweils einen elektrischen Anschluss zu den zwei benachbarten induktiven Abschnitten (7) bildet.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei die Spule (1) einen EP-Kern (11) aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 14,
zuzüglich aufweisend den folgenden Schritt:
- Erzeugen mehrerer Spulenstränge und Einbetten mehrerer Spulenstränge in einen Kunststoff (9), wobei Spulenstränge parallel zueinander angeordnet sind.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
wobei Kerne (11) in den Spulensträngen angeordnet sind.
18. Verfahren nach Anspruch 16 und 17,
wobei der Kunststoff (9) mit magnetischem Pulver,
magnetischen Partikeln oder einem anderen magnetischen
Material vermischt ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, zuzüglich aufweisend den folgenden Schritt:
- Vereinzeln der Spulenstränge quer und/oder parallel zu einer Mittelachse (3) der Spulenstränge.
20. Verfahren zur Herstellung von Modulen, die jeweils zumindest zwei Spulen (1) in einem gemeinsamen Gehäuse aufweisen, wobei jede der Spulen (1) ein Rohr (2) mit einer Rohrwand (6) aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist, wobei das Rohr (2) einen induktiven Abschnitt (7) aufweist, in dem ein Spalt (4) in der Rohrwand (6) angeordnet ist, der die Rohrwand (6) in dem induktiven Abschnitt (7) zu einer Wendel formt, und wobei das Rohr einen Kontaktabschnitt (8) aufweist, in dem die Rohrwand (6) zu einem elektrischen
Anschluss geformt ist, aufweisend die Schritte:
- Erzeugen von zumindest zwei Spulensträngen, dadurch dass entlang jedes der Rohre (2) mehrere induktive Abschnitte (7) erzeugt werden, in denen jeweils ein Spalt (4) erzeugt wird, der in dem jeweiligen induktiven Abschnitt die Rohrwand zu einer Wendel bildet, und wobei zwischen zwei induktiven Abschnitten jeweils ein Kontaktabschnitt geformt wird, der nach einer Vereinzelung des Spulenstrangs jeweils einen elektrischen Anschluss zu den zwei benachbarten induktiven Abschnitten (7) bildet,
- Paralleles Anordnen der Spulenstränge,
- Einbetten der Spulenstränge in einen Kunststoff, der das Gehäuse bildet,
- Vereinzeln der durch den Kunststoff verbundenen
Spulenstränge entlang Trennlinien (12), die quer zu einer Mittelachse der Spulenstränge verläuft zu dem Modul.
EP20705691.2A 2019-02-15 2020-02-14 Spule und verfahren zur herstellung der spule Pending EP3924985A1 (de)

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