EP4614535A2 - Spule und verfahren zur herstellung der spule - Google Patents

Spule und verfahren zur herstellung der spule

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EP4614535A2
EP4614535A2 EP25191572.4A EP25191572A EP4614535A2 EP 4614535 A2 EP4614535 A2 EP 4614535A2 EP 25191572 A EP25191572 A EP 25191572A EP 4614535 A2 EP4614535 A2 EP 4614535A2
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EP
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coil
tube
inductive
sections
section
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EP25191572.4A
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Stephan BÜHLMAIER
Felipe JEREZ
Joachim Nassal
Anneliese Drespling
Gerhard Proks
Herbert Lux
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TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Publication date
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Publication of EP4614535A3 publication Critical patent/EP4614535A3/de
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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 between the wire and a contact element required for external contact.
  • the connection which is usually made with welds or solder joints, can have at least a slightly increased resistance due to the use of alloys containing copper, tin, or nickel, or due to oxygen contamination. If the contact is poorly made, the resistance can also be significantly increased. This can result in high contact resistance, which causes high power loss. This can also lead to increased thermal stress at this point, which can lead to coil failure in a harmless case or, in a serious case, to a fire.
  • the object of the present invention is to provide a manufacturing method for a coil. Furthermore It is an object of the present invention to provide a module and a method for producing a module.
  • the present object is achieved by a method according to claim 1. Further embodiments of the method, a method for producing a module and a module comprising two coils are the subject of the further claims.
  • a coil which comprises a tube with a tube wall made of an electrically conductive material, wherein the tube has an inductive section in which a gap is arranged in the tube wall, which forms the tube wall in the inductive section into a coil, and wherein the tube has two contact sections, in each of which the tube wall is formed into an electrical connection.
  • a tube can be defined as an elongated hollow body having an opening extending from a first end of the body through the entire body to a second end opposite the first end.
  • the tube can be symmetrical about its central axis, with the central axis extending from the center of a base area at the first end to the center of a base area at the second end.
  • the tube can have a circular, oval, or rectangular cross-section. Other cross-sections are also possible.
  • a helix can be described as a helical structure.
  • the helix can, in particular, form the windings of the coil.
  • the tube may in particular have a helical gap in the tube wall, whereby the windings of the coil are drawn out of the A pipe is formed.
  • the pipe is made of a conductive material. Materials with a conductivity of over 10 4 S/m, but especially materials with a conductivity of over 10 5 S/m or over 10 6 S/m, are considered conductive. Materials with very high conductivity, for example, metals such as copper, aluminum, silver, or gold, can be suitable for this purpose. Industrial steels such as carbon steel, stainless steel, alloy steel, or tool steel can also be suitable as starting materials for pipes.
  • the tube has the inductive section and at least one contact section.
  • the inductive section can form an inductance through the coil formed by the gap.
  • the inductive section and the contact section are formed integrally from a material of the tube wall. Therefore, no connecting components, such as solder, are required to connect the inductive section to the contact section. Instead, the inductive section and the contact section can be formed by appropriately structuring the tube wall and remain connected to each other by the tube material.
  • the coil has the advantage that no internal connection points are required to connect an inductor to a terminal. Rather, the inductive area and the contact area can be formed integrally.
  • the coil has a lower total resistance than a coil that requires internal connection points to connect an inductor to a terminal. Furthermore, the elimination of internal contacts also eliminates the thermal and mechanical stress that would otherwise be present at the possible internal Contacts would occur, thereby reducing the coil's susceptibility to faults.
  • the tube does not have to be round in cross-section, but can be oval, square, rectangular, polygonal, square with rounded corners, rectangular with rounded corners, or polygonal with rounded corners.
  • a square cross-section offers the advantage of optimal utilization of the available installation space for a given height or width.
  • the base area of the tube can be flat, meaning the tube's dimensions spanning the base area are large compared to its height, and the height can be low.
  • the tube can have a small base area yet a considerable height.
  • a flat, flat shape can be advantageous.
  • a tubular shape with a small base area but a considerable height may be advantageous.
  • the coil can have a magnetic core.
  • a ferromagnetic core for example, can provide a higher magnetic flux density in the coil and increased inductance.
  • Suitable materials for the core can be the metals nickel-zinc, manganese-zinc, and cobalt, as well as other alloys.
  • the core is not limited to cores located exclusively inside the coil, but also includes cores that form the core integrally as part of a modular coil housing.
  • Designing a coil with a modular coil housing can improve the coil's electromagnetic compatibility. For example, by using an EP core as a housing, the electromagnetic shielding provided by the housing can be improved, especially in high-frequency applications, and thus electromagnetic compatibility can be increased.
  • the tube can be embedded in a plastic to protect it primarily against mechanical influences, but also against temperature and chemical influences.
  • Suitable plastics include epoxy resin, phenyl resin, and even silicone. Embedding the tube in a plastic makes the coil component more suitable for assembly using an automated assembly machine, for example, using 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 electrical properties improved.
  • the inductance can be adjusted by changing the proportion of magnetic particles in the plastic.
  • the coil can have a magnetic core to increase the inductance of the coil.
  • the coil can have an outer diameter of 0.2 to 50 mm.
  • the outer diameter of the coil can be in the range between 0.5 to 20 mm. This size is particularly suitable for providing coils suitable for applications on a printed circuit board.
  • the outer diameter should not be smaller than 0.2 mm, preferably not smaller than 0.5 mm, since otherwise a coil would be produced that is so small that automatic parts handling would be associated with considerable technical difficulties.
  • the outer diameter should not be larger than 50 mm, preferably not larger than 20 mm, since otherwise manufacturing the coil from a tube would be uneconomical.
  • the contact section can have a flat surface that forms a solderable connection. Accordingly, the coil can be designed, in particular, to be soldered onto the conductor track, for example, of a printed circuit board.
  • a further aspect of the present application relates to a module having at least two coils.
  • the coils may, in particular, be the coils described above.
  • the at least two coils are arranged in a common housing.
  • the housing can be formed from a plastic material in which both coils are embedded.
  • the two coils can be arranged spatially parallel to each other.
  • the coils are arranged so that the coils can be electrically contacted individually and in the Modules are not interconnected.
  • the coils can be electrically interconnected in parallel or series to impart a desired inductance to the entire module. In this way, it is possible to assemble a module from multiple coils so that the entire module has a higher or lower inductance than the individual coils.
  • the use of the module can shorten the assembly process for a printed circuit board with a large number of coils, thus leading to a reduction in cycle times in a manufacturing process.
  • By mounting the module instead of a large number of individual coils only one module needs to be positioned on the circuit board during assembly, for example, using a pick-and-place machine.
  • the module can thus simplify a subsequent process in which the module is installed.
  • arranging multiple coils within a module saves space compared to arranging several individual coils side by side. In applications where space is very limited, such as a printed circuit board for a mobile device such as a smartphone, this space saving can be a significant advantage. Furthermore, using the module instead of individually embedded coils can save housing material.
  • a further aspect of the present application relates to a method for producing a coil.
  • the coil can, in particular, be the coil described above.
  • the inductance of the inductive section can only be created by creating the gap.
  • the gap can be a cutting gap created with a laser.
  • the shape of the contact section can also be created with a laser, particularly in a laser process that also creates the gap.
  • a laser process is suitable for creating the gap in the inductive sections, as well as for creating a recess in the contact sections of the tube.
  • the laser process has the advantage of being flexible and fast. Furthermore, the laser process has the advantage of not generating any mechanical stress, as it operates without contact and leaves little residue.
  • Other alternatives for creating the gap include milling, sawing, or waterjet cutting.
  • step b. may comprise a further sub-step, wherein a recess is formed in the contact section of the tube by removing a portion of the tube wall.
  • the recess in the contact section of the tube and the gap in the inductive region may be created together in a single process step. Accordingly, the entire step b. process step, for example by laser cutting.
  • an area of the tube wall that was not removed in the first sub-step can be planarized.
  • This area can be formed into a flat electrical connection that can be soldered to a conductor track, for example, on a circuit board.
  • Planarization can be achieved by applying pressure to the desired location, for example, with a stamp.
  • a coil strand can first be created by creating several inductive sections along the tube, in each of which a gap is created that forms the tube wall into a coil in the respective inductive section, and a contact section is formed between each two inductive sections, which forms an electrical connection after the coil strand is separated.
  • the handling of the coils in production can be optimized. This allows several coils to be processed simultaneously, which in turn can lead to a reduction in cycle times in production.
  • material can be saved by creating several inductive sections in one tube.
  • the coil features an EP core. This increases the coil's inductance and electromagnetic compatibility.
  • coils or coil strands can be embedded in plastic to form a package.
  • Coil strands or coil strands may already have a magnetic core at this point. It is advantageous to arrange the coil strands parallel to each other before embedding. Embedding multiple coil strands simultaneously, rather than individually, can accelerate the manufacturing process.
  • the plastic protects the coils from mechanical, thermal, 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 adjusted by changing the proportion of magnetic particles in the plastic.
  • magnetic cores in the coil strands or coils can increase the inductance of the coils or coil strands. Furthermore, arranging the cores in the coil strands before embedding them in a plastic allows for the production of coils with a magnetic core embedded in a plastic that may also contain magnetic components. This can increase the inductance and electromagnetic compatibility of the coils.
  • the coils After embedding several parallel coil strands in a package, the coils can be separated transversely and parallel to the centerline of the coil strands. It is advantageous to run the separation line through the contact sections of the coils. This separates the package into individual coils. It is possible to separate the package transversely and then parallel, or to separate the package first parallel and then transversely.
  • Another aspect relates to a method for manufacturing a module.
  • the package which has several parallel coil strands, can be separated transversely to the center axis of the strands. There is no separation into individual coils parallel to the axis.
  • a tube 2 is an elongated hollow body having an opening extending 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, wherein 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 have a circular, oval, rectangular, or polygonal cross-sectional area. Other cross-sections are also possible.
  • the tube 2 can have an outer diameter of 0.2 to 50 mm.
  • the outer diameter of the tube 2 can be in the range between 0.5 to 20 mm. This size is particularly suitable for producing coils suitable for applications on a printed circuit board.
  • the tube wall 6, the thickness of which depends on the distance between the inner radius and the The outer radius of the tube 2 can vary greatly depending on the tube 2 used, although a thickness of less than 1 mm may be advantageous for machining.
  • the outer surface 5 of the tube 2 runs along the outer radius in the direction of the central axis 3.
  • the tube 2 is made of a primarily electrically conductive material.
  • the tube 2 represents a raw material used in the manufacture of a coil.
  • the process for manufacturing the coil is described in Figures 1 to 3 explained, showing the intermediate products in the production of the coil.
  • Figure 4 and Figure 5 , 6 , 8 and 9 show possible embodiments of coil 1.
  • the Figure 1a The tube 2 shown must first be structured into a coil strand.
  • Figure 2 shows the coil strand.
  • the tube 2 can be structured, in particular, by a laser process, in which inductive sections 7 and contact sections 8 are formed in the tube 2.
  • the inductive sections 7 and the contact sections 8 alternate along the tube 2.
  • a gap 4 is created in the inductive sections 7, which penetrates a tube wall 6 and forms the tube wall 6 into a coil. This creates an inductance in the inductive sections 7.
  • the contact sections 8 form electrical connections after the coil strand is separated.
  • a recess is formed in the contact sections 8 during the structuring of the tube 2, whereby a portion of the tube wall 6 is removed.
  • the coil strand optimizes coil handling during production. This allows multiple coils to be processed simultaneously, resulting in a reduction in production cycle times. Furthermore, material can be saved by creating multiple inductive sections 7 in one tube 2.
  • the inductive sections 7 are integrally connected to each other by the contact sections 8 and have no unnecessary contact resistances between each other.
  • the different inductive sections 7 of the coil strand can have different or identical inductances. This makes it possible to produce different coils from one tube 2, each of which can be varied in inductance, making them suitable for a wide variety of applications.
  • the inductances can be varied, for example, by the number of turns formed by the gap 4, or by the distance of the gap 4 in the direction of the central axis 3 after one revolution around the tube 2, which corresponds to the width of the turns.
  • the columns 4 shown are the same and consequently the inductance of the individual inductive sections 7 is also the same.
  • FIG. 3 A three-dimensional representation of an intermediate product in the production of a coil from the coil strand is shown.
  • the coil strand was separated along dividing lines that run perpendicular to the central axis 3 of the coil strand.
  • the coil comprises a tube 2 made of electrically conductive material, wherein a gap 4, which runs along a jacket surface 5 and around the longitudinal axis 3 of the tube 2, has been created and thus forms an inductive section 7.
  • the entire tube 2 can be structured in such a way that only a single inductive section 7 and two contact sections 8 adjacent to it are produced. Accordingly, the tube 2 can be Figure 3 shown intermediate product, whereby the tube 2 must be cut to a suitable length.
  • the contact section 8 and the inductive section 7 are connected to each other by a connecting section 10.
  • the contact section 8, the connecting 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 so that it is insignificant for the resistance of the coil 1.
  • Figure 4 shows coil 1 after planarization of the contact sections.
  • the contact sections 8 of tube 2, which lie between the inductive sections 7, have been planarized.
  • an electrical connection is created as a flat surface, which is suitable for enabling electrical contact.
  • the Figure 4 The embodiment shown is suitable, for example, to be contacted on the conductor tracks of a printed circuit board by means of a soldering process.
  • the design of the contact sections 8 is not limited to the embodiments shown.
  • the shape of the contact sections 8 can be adapted to a housing shape.
  • Figure 5 shows the Figure 4
  • the coil 1 shown is additionally equipped with a magnetic core 11.
  • the coil 1 is embedded in plastic 9, which may contain magnetic particles.
  • the use of a ferromagnetic core 11, for example, can provide a higher magnetic flux density in the coil 1 and increase the inductance of the coil 1.
  • Figure 6 shows an alternative embodiment in which the Figure 4
  • the coil shown is connected to an EP core 11, wherein the EP core 11 also integrally forms a housing.
  • the EP core 11 consists of two halves that can be subsequently glued together.
  • the EP core 11 allows the coil 1 to be electromagnetically shielded, particularly in high-frequency applications, thus increasing the electromagnetic compatibility of the component.
  • FIG. 7 Four coil strands are embedded in plastic 9, with the center axes 3 of the coils 1 arranged parallel to each other. Such an arrangement is also called a package.
  • the four coil strands each have four inductive sections 7 and five contact sections 8.
  • the package shown is merely an example and more coil strands, and in particular more than 20 coil strands, with any number of inductive sections 7 and contact sections 8 can be used.
  • the contact sections 8 are formed by recesses in this embodiment opened and then planarized.
  • the dashed lines indicate three possible separation lines 12 for separation, 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 desired number of separation lines 12.
  • Separation parallel to the central axis 3 of the coils 1 is also possible. If the coil 1 is separated parallel to the central axis 3 of the tube 2, the inductive sections 7 are connected to one another in series. By embedding several coil strands 1 simultaneously, and not individually, the manufacturing process can be accelerated.
  • the plastic 9 primarily protects the coils 1 against mechanical, thermal, and chemical influences. However, the plastic 9 can also be mixed with particles with magnetic properties, such as iron powder or magnetic nanoparticles. By adding magnetic particles to the plastic 9, the inductance of the coil 1 can be increased and adjusted by adjusting the proportion of the particles in the plastic.
  • Figure 8 shows a module consisting of four inductive sections 7, which are also embedded in plastic 9 and which are arranged analogously to the dashed lines in Figure 7 have been separated from the package.
  • the module shown in the figure is merely an example, and more coils 1, and in particular more than 20 coils 1, can be arranged in the module.
  • the contact surfaces themselves can be contacted from below and, if necessary, from the side and can be contacted, for example, via solder pads or conductor tracks using a soldering or adhesive process.
  • the use A module can lead to a reduction in cycle time during the assembly of coils 1.
  • a pick-and-place machine for example, only needs to position the component on a circuit board once instead of multiple times.
  • arranging multiple coils within a module saves space compared to arranging several individual coils side by side.
  • the advantage of arranging the inductive sections 7 as shown in Figure 8 is the variable connection option of the individual inductive sections 7 .
  • the coils 1 in the module can be designed to be connected in parallel, in series or not at all.
  • Figure 8 In the embodiment shown, each coil 1 can be contacted individually. However, if the module is contacted with two conductor tracks running perpendicular to the longitudinal axis 3, the inductive sections 7 are electrically connected in parallel. If the conductor track is laid in a meandering pattern beneath the module, the inductive sections 7 are connected in series.
  • Figure 9 1 shows a single coil 1 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 more than 20 turns. It can be produced either by separating the coils 1 from Figure 8 parallel to the longitudinal axis 3 of the tube 2, or by embedding a single coil 1, as shown in Figure 3 , made of plastic 9. Separation of the coil 1 from a package, with the first separation parallel and then runs transversely to the longitudinal axis of the coil, or vice versa, is also possible.
  • a coil 1 as in Figure 9 has the advantage that it can be contacted via the planar contact section 8, which is integrally formed with the coil 1.
  • the integral formation of the coil 1 from the tube 2 eliminates the need for additional connection techniques. For this reason, the coil 1 has a lower overall resistance, which in turn leads to lower power loss. Furthermore, the thermal load is also reduced, especially at potential contacts, thereby reducing the susceptibility of the coil 1 to failure.

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Abstract

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), 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.

Description

  • 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, ein Herstellungsverfahren für eine Spule bereitzustellen. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Modul und ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls bereitzustellen.
  • Die vorliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen des Verfahrens, ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls und ein Modul aufweisend zwei Spulen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
  • 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 ferromagnetischen 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 einen 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 einen Kunststoff, unabhängig davon, ob dieser einen Anteil an magnetischem Pulver aufweist, einen magnetischen Kern aufweisen, um die Induktivität der Spule zu erhöhen. Durch das Einbetten der Spule in einen 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.
  • Bevorzugterweise 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:
    1. a. Bereitstellen eines Rohres mit einer Rohrwand aus einem elektrisch leitfähigen Material, und
    2. 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 einen 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.
  • Darüber hinaus sind die im Folgenden genannten Aspekte mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung:
    • Aspekt 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.
    • Aspekt 2: Spule (1) nach Aspekt 1,
      wobei die Spule (1) einen Kern (11) aufweist.
    • Aspekt 3: Spule (1) nach Aspekt 1 oder 2,
      wobei das Rohr (2) in einen Kunststoff (9) eingebettet ist.
    • Aspekt 4: Spule (1) nach Aspekt 3,
      wobei der Kunststoff (9) mit magnetischem Pulver, magnetischen Partikeln oder einem anderen magnetischen Material vermischt ist.
    • Aspekt 5: Spule (1) nach einem der vorherigen Aspekte,
      wobei die Spule (1) einen EP-Kern (11) aufweist.
    • Aspekt 6: Spule (1) nach einem der vorherigen Aspekte,
      wobei das Rohr (2) einen Außendurchmesser aufweist, der zwischen 0,2 mm und 50 mm liegt.
    • Aspekt 7: Spule (1) nach einem der vorherigen Aspekte,
      wobei die Kontaktabschnitte (8) jeweils eine ebene Fläche aufweisen, die jeweils einen lötbaren Anschluss bildet.
    • Aspekt 8: Modul aufweisend zumindest zwei Spulen (1) gemäß einem der vorherigen Aspekte, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
    • Aspekt 9: Verfahren zur Herstellung einer Spule (1), umfassend die Schritte:
      1. a. Bereitstellen eines Rohres (2) mit einer Rohrwand (6) aus einem elektrisch leitfähigen Material,
      2. 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).
    • Aspekt 10: Verfahren nach Aspekt 9,
      wobei ein Laserprozess zur Erzeugung des Spalts (4) und zur Formung der Kontaktabschnitte (8) verwendet wird.
    • Aspekt 11: Verfahren nach einem der Aspekte 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.
    • Aspekt 12: Verfahren nach Aspekt 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.
    • Aspekt 13: Verfahren nach Aspekt 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.
    • Aspekt 14: Verfahren nach einem der Aspekte 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.
    • Aspekt 15: Verfahren nach Aspekt 14,
      wobei die Spule (1) einen EP-Kern (11) aufweist.
    • Aspekt 16: Verfahren nach Aspekt 14,
      zuzüglich aufweisend den folgenden Schritt:
      • Erzeugen mehrerer Spulenstränge und Einbetten mehrerer Spulenstränge in einen Kunststoff (9), wobei Spulenstränge parallel zueinander angeordnet sind.
    • Aspekt 17: Verfahren nach Aspekt 16,
      wobei Kerne (11) in den Spulensträngen angeordnet sind.
    • Aspekt 18: Verfahren nach Anspekt 16 und 17,
      wobei der Kunststoff (9) mit magnetischem Pulver, magnetischen Partikeln oder einem anderen magnetischen Material vermischt ist.
    • Aspekt 19: Verfahren nach einem der Aspekte 16 bis 18, zuzüglich aufweisend den folgenden Schritt:
      • Vereinzeln der Spulenstränge quer und/oder parallel zu einer Mittelachse (3) der Spulenstränge.
    • Aspekt 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.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
    • Figur 1a zeigt eine räumliche Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines Rohrs.
    • Figur 1b zeigt eine räumliche Darstellung einer möglichen zweiten Ausführungsform 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 1a und 1b 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 1a 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 andersherum, 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 (14)

  1. 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),
    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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei ein Laserprozess zur Erzeugung des Spalts (4) und zur Formung der Kontaktabschnitte (8) verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    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.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    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.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
    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.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    wobei die Spule (1) einen EP-Kern (11) aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    zuzüglich aufweisend den folgenden Schritt:
    - Erzeugen mehrerer Spulenstränge und Einbetten mehrerer Spulenstränge in einen Kunststoff (9), wobei Spulenstränge parallel zueinander angeordnet sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    wobei Kerne (11) in den Spulensträngen angeordnet sind.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8,
    wobei der Kunststoff (9) mit magnetischem Pulver, magnetischen Partikeln oder einem anderen magnetischen Material vermischt ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, zuzüglich aufweisend den folgenden Schritt:
    - Vereinzeln der Spulenstränge quer und/oder parallel zu einer Mittelachse (3) der Spulenstränge.
  11. 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 oder parallel zu einer Mittelachse der Spulenstränge verläuft zu dem Modul.
  12. Modul aufweisend zumindest zwei Spulen (1),
    die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, 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,
    wobei das Gehäuse durch einen Kunststoff gebildet wird, in den beide Spulen eingebettet sind, wobei die Spulen parallel oder entlang einer gemeinsamen Mittelachse zueinander angeordnet sind.
  13. Modul nach Anspruch 12,
    wobei die die induktiven Abschnitte (7) seriell miteinander verbunden sind.
  14. Modul nach Anspruch 12,
    wobei jede der Spulen (1) einzeln kontaktiert werden kann.
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