FI105294B

FI105294B - Järjestely magneettipiirin toteuttamiseksi piirilevylle

Info

Publication number: FI105294B
Application number: FI974535A
Authority: FI
Inventors: Risto Tuovinen
Original assignee: Nokia Networks Oy
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2000-07-14
Also published as: FI974535A0; AU1564999A; FI974535A; EP1040737A2; WO1999031946A3; WO1999031946A2; DE69825079D1; DE69825079T2; EP1040737B1; US6326875B1

Description

, 105294 Järjestely magneettipiirin toteuttamiseksi piirilevylle * ·

Keksinnön ala , Keksintö liittyy yleisesti piirikortilla toteutettaviin induktiivisiin piireihin, 5 kuten planaarimuuntajiin, joissa käytetään ferriittikappaleita, jotka kiinnitetään piirilevylle muodostetun johdinkuvioinnin ympärille. Näiden kappaleiden avulla aikaansaadaan reitti magneettivuolle. Tarkemmin sanottuna keksintö koskee tällaisten kappaleiden kiinnitystä piirilevylle.

10 Keksinnön tausta

Planaarimagnetiikka on edullinen vaihtoehto perinteisille rautasydä-mille, kun halutaan, että induktiivisilla komponenteilla on matala profiili. Tätä vaihtoehtoa on käytetty yleisesti esim. toteutettaessa muuntajia piirilevylle.

Näissä ns. planaarimuuntajissa muuntajan käämit on integroitu piiri-15 kortille. Tällaista rakennetta on havainnollistettu kuviossa 1, jossa on esitetty monikerrospiirilevyn PCB neljä johdinkerrosta A...D, joille jokaiselle on toteutettu haluttu käämikuvio WP1...WP4. Nämä käämikuviot muodostavat yhdessä muuntajan käämitykset (ensiö- ja toisiokäämit). Muuntajan sydämen muodostavat kuvion esimerkkitapauksessa E-profiilin omaavat ferriittikappaleet F1 20 ja F2, joita varten piirilevyssä on vastaavasti levyn läpi menevät aukot H1 ...H3 E.n sakaroiden kohdilla. Ferriittikappaleet painetaan piirilevyn vastakkaisilta puolilta aukkoihin, jolloin ne asettuvat aukkojen kohdalla vastakkain siten, että E:n sakaroiden päätypinnat tulevat toisiaan vasten.

Ferriittipari on perinteisesti kiinnitetty piirilevylle liimaamalla siten, että 25 ensin toinen ferriittikappale liimataan piirilevyyn ja sen jälkeen ferriittikappaleet liimataan kiinni toisiinsa. Liimaus on kuitenkin työvaihe, joka koetaan yleisesti terveysriskiksi, siitäkin huolimatta, että työskentelytilassa käytetään tehokkaita imureita. Liimauksen toinen epäkohta on se, että kerran liimattuja ferriittikappaleita on mahdoton irrottaa myöhemmin piirilevyä vahingoittamatta.

. ·, 30 Toinen tunnettu ferriittien kiinnitystäpä on lukita ne toisiinsa sopivan mekaanisen lukituskappaleen avulla. Tällaista lukitustapaa on havainnollistettu „ kuviossa 2, joka esittää poikkileikkausta toisiinsa ja piirilevylle kiinnitetyistä fer- riittikappaleista. Ferriittikappaleet toisiinsa kiinnittävä mekaaninen lukituskap-pale CL1 muodostuu jousimaisesta metalliliuskasta, joka painetaan piirilevyssä 35 olevien aukkojen (H1, H3) läpi ferriittikappaleiden ympärille. Metalliliuska toimii jousena, joka puristaa ferriittikappaleet toisiinsa (tätä lukituskappaleen puris- 2 105294 tusfunktiota on merkitty kuviossa nuolilla). Kuviossa 2 vain ylemmällä ferriitti-kappaleella F1 on E-profiili, sen sijaan alempi kappale F2 on laattamainen.

Käyttämällä pelkästään mekaanista lukituskappaletta päästään eroon liimauksen aiheuttamista haitoista. Pelkästään mekaanisen kiinnitys-5 kappaleen avulla tapahtuvan kiinnityksen epäkohtana on kuitenkin se, että tietyissä käyttöympäristöissä ferriittikappaleet pääsevät hankautumaan piirilevyä vasten. Tästä voi olla seurauksena se, että piirilevyn suojapinnoite kuluu pois ja ferriittikappale pääsee koskettamaan ja vahingoittamaan piirilevyllä olevaa johdinkuviota. Tällainen tärinälle altis käyttöympäristö voi olla vaikkapa 10 kulkuvälineissä, esim. junissa tai raitiovaunuissa.

Keksinnön yhteenveto

Keksinnön tarkoituksena on päästä eroon edellä kuvatuista epäkohdista ja saada aikaan järjestely, jonka avulla piirilevyn valmistusvaiheesta voi-15 daan kokonaan eliminoida em. liimaustyövaihe ja jonka avulla päästään lisäksi eroon piirilevyn kulumisesta myös sellaisissa käyttöympäristöissä, joissa piirilevy on alttiina tärinälle ja pääsee värähtelemään.

Tämä päämäärä saavutetaan ratkaisulla, joka on määritelty itsenäisessä patenttivaatimuksessa.

20 Keksinnön ajatuksena on muodostaa ferriittiparin pitimen päätyihin jousimaiset ulokkeet, jotka on muodostettu piirilevyssä olevien aukkojen suhteen siten, että asetettaessa pidike paikoilleen ne puristuvat piirilevyssä olevien aukkojen reunoja vasten lukiten ferriittiparin paikalleen piirilevyn suhteen.

Keksinnön mukainen jousipidike toteuttaa kaksi funktiota: se pitää 25 ferriittikappaleet lukittuina toisiinsa ja samalla ferriittiparin lukittuna piirilevyyn nähden siten, että se ei pääse liikkumaan piirilevyn suhteen, vaikka piirilevy pääsisikin värähtelemään käyttöympäristössään.

Koska liimausta ei enää tarvita, voidaan ferriittikappaleet irrottaa tai vaihtaa piirilevyä rikkomatta.

30 Keksinnön mukaisen ratkaisun lisäetu on se, että se sopii automaat tiseen valmistusprosessiin, koska pidike voidaan asettaa paikalleen koneellisesti piirilevyn muiden komponenttien automaattisen ladontaprosessin yhteydessä.

I

4 3 105294

Kuvioluettelo

Seuraavassa keksintöä ja sen edullisia toteutustapoja kuvataan tarkemmin viitaten kuvioiden 3-8 esimerkkeihin oheisissa piirustuksissa, joissa f 5 kuvio 1 havainnollistaa tavanomaista tapaa planaarimuuntajan toteuttamiseksi monikerrospiirilevylle, kuvio 2 esittää tunnettua kiinnitystapaan ferriittikappaleiden kiinnittämiseksi toisiinsa, kuvio 3 havainnollistaa keksinnön mukaista ferriittikappaleiden pidikettä, 10 kuvio 4 on perspektiivikuva piirilevystä, kun kuvion 3 pidike on paikallaan ferriittikappaleiden ympärillä, kuvio 5 on kuvion 4 viivan V-V suuntaan otettu poikkileikkaus kuvion 4 mukaisesta kiinnityksestä, kuvio 6 havainnollistaa pidikkeen erästä vaihtoehtoista toteutusta, 15 kuvio 7 havainnollistaa pidikkeen erästä toista vaihtoehtoista toteutusta, ja kuvio 8 havainnollistaa pidikkeen automaattista ladontapäätä.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Keksinnön mukaista ratkaisua kuvataan aluksi viitaten kuvioihin 20 3...5, joissa käytetään esimerkkinä keksinnön mukaisen pidikkeen ensimmäis tä toteutustapaa. Kuviossa 3 on esitetty perspektiivikuvantona pelkkää pidikettä, kuviossa 4 on puolestaan havainnollistettu perspektiivikuvantona piirilevyä, kun kuvion 4 pidike on paikallaan ferriittikappaleiden ympärillä ja kuvio 5 on poikkileikkaus kuvion 4 mukaisesta kiinnityksestä.

25 Kuten kuviosta 3 havaitaan, keksinnön mukainen pidike CL2 muo dostuu muotoon taivutetusta metalliliuskasta, joka käsittää ylimmäisen ferriitti-kappaleen päälle tulevan yläosan 10 ja siitä alaspäin taivutetut päätyosat 11, joiden vapaat päät 12 on taivutettu sisäänpäin niin, että ne asettuvat alimmaisen ferriittikappaleen F2 alle (vrt. kuvio 5). Yläosa on keskiosastaan 10a oieel-. 30 lisesti vaakasuuntainen, mutta on taivutettu keskikohdan molemmilta puolilta vinosti ylöspäin, jolloin taivutusten ansiosta muodostuu jousivaikutus, joka puristaa ferriittikappaleet toisiaan vasten. Tähän mennessä kuvatulla rakenteella saadaan siis samanlainen puristusvaikutus kuin tunnetuilla pidikkeillä.

Ferriittikappaleiden ja piirilevyn suhteellisen liikkeen eliminoimiseksi 35 päätyosiin on lisäksi muodostettu kielimäiset ulokkeet 14, jotka on integroitu pidikkeen muodostavaan metalliliuskaan. Toisin sanoen, ulokkeet on muo- 4 105294 dostettu metalliliuskan materiaalista, esim. puhkaisemalla päätyosiin ulokkeiden muotoiset lävistykset. Näin muodostunut kieleke on taivutettu ulospäin päätyosien tasosta. Ulokkeet on taivutettu alaosastaan ja lisäksi lähellä ulokkeen kärkeä 14a olevasta toisesta taivutuskohdasta BP, jolloin siis ulokkeiden 5 alaosat ovat päätyosien tasossa ja ulokkeet ulottuvat vinosta ulospäin pääty-osien tasosta. Mainitusta toisesta taivutuskohdasta lähtien ulokkeet kääntyvät entistä jyrkemmässä kulmassa ulospäin päätyosien tasosta. Ulokkeet toimivat jousina, jotka puristuvat piirilevyssä olevien aukkojen sisäreunoja vasten, kun kiinnike on asetettu paikalleen ferriittikappaleiden ympärille (vrt. kuviot 4 ja 5). 10 Tällä tavoin ulokkeet lukitsevat ferriittikappaleet piirilevyyn nähden niin, etteivät ferriittikappaleet pysty liikkumaan piirilevyn suhteen.

Tässä ensimmäisessä toteutustavassa ulokkeet ja piirilevyn aukot on muodostettu keskenään siten, että ulokkeet asettuvat taivutuskohdasta BP piirilevyllä olevien aukkojen yläreunoja vasten (kuvio 5), jolloin ulokkeiden kärki 15 14a jää piirilevyn yläpuolelle (kuvio 4) mahdollistaen pidikkeen helpon irrotta misen.

Ulokkeet on helppo valmistaa metalliliuskaan käyttäen sinänsä tunnettuja levytyökaluja, esim. pistintä, jolla liuskaan puhkaistaan ulokkeen muodostava kieleke. Valmis uloke saadaan yhdellä työkalun iskulla. Toisin sanoen, 20 ulokkeen taivutuksia ei tarvitse tehdä erikseen.

Kuvioissa 3...5 esitetyssä ensimmäisessä toteutustavassa ferriittikappaleiden liike estetään kielimäisillä jousilla 14. Nämä kielimäiset jouset voivat olla myös esim. kuviossa 6 esitetyn kaltaiset ulokkeet 15. Tässä tapauksessa ulokkeet on muodostettu tekemällä pidikkeen muodostavaan metallilius-25 kaan lävistykset päätyosien vapaasta päästä 12 alkaen ja taivuttamalla kielekkeet oleellisesti U-kirjaimen muotoisiksi ulokkeiksi, joiden ulkokylki puristuu piirilevyaukkojen reunaa vasten ja joiden vapaa kärki 15a työntyy piirilevyn yläpuolelle.

Ulokkeilla toteutettava funktio voidaan saada aikaan myös esim. ku-30 vion 7 mukaisella rakenteella, jossa ei ole lainkaan erillisiä ulokkeita. Tässä tapauksessa pidikkeen päätyosat 16 on pyöristetty siten, että niiden uloin kohta, jota on merkitty katkoviivalla, puristuu piirilevyä vasten. Tällainen rakenne on jäykempi, mistä johtuen kyseinen pidike on myös vaikeampi irrottaa piirilevyltä.

• · s 105294

Keksinnön mukainen pidike voidaan valmistaa esim. ruostumattomasta teräslevystä, jonka paksuus on välillä 0,1...0,5 mm ja jousikova (spring hard) Rm edullisesti välillä Rm=1250... 1500 N/mm2.

Kuten aiemmin todettiin, keksinnön mukaisen pidikkeen etuna on 5 myös se, että se voidaan kiinnittää ferriittien ympärille piirilevyn automaattisen valmistusprosessin yhteydessä. Kuviossa 8 on havainnollistettu erästä mahdollista automaattista ladontapäätä, jolla pidike voidaan kiinnittää paikalleen. Pidike (CL2) roikkuu esim. magneetin M varassa ladontapäässä MH ja magneetti on jousen S1 avulla kiinni ladontapäässä. Ladontapää työntää pidikettä 10 alaspäin. Magneetin kohdatessa ferriittikappaleen magneetti pääsee jousen ansiosta painumaan ladontapään sisään, jolloin se ei kuormita ferriittejä la-dontapään painaessa pidikkeen paikoilleen.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan 15 sitä voidaan muunnella monin tavoin alan ammattimiehen tavanomaisen tietämyksen puitteissa. Näin ollen voi esim. jousimaisten ulokkeiden muoto vaihdella monin eri tavoin ja ulokkeita voi pidikkeen päädyssä olla useampia kuin yksi. Keksinnön mukaista periaatetta voidaan myös soveltaa mihin tahansa muihin kappaleisiin, joiden kiinnitys piirilevylle on samanlainen kuin ferriittien.

*

Claims

6 105294

1. Järjestely planaarisen magneettipiirin toteuttamiseksi piirilevylle, joka järjestely käsittää - piirilevyn (PCB), johon on muodostettu induktiivisen piirin johdinku-5 vio ja piirilevyn läpi menevät aukot (H1-H3) johdinkuvion läheisyyteen, - kaksi ferriittikappaletta (F1, F2), joista ainakin toinen on sovitettavissa aukkoihin siten, että kappaleet ovat painettavissa toisiaan vasten piirilevyn vastakkaisilta puolilta, ja - mekaanisen pidikkeen (CL2, CL3, CL4), joka on sovitettavissa fer-10 riittikappaleiden ympärille lukitsemaan ne toisiinsa, jolloin pidike ulottuu piirilevyn molemmilla puolilla olevien ferriittikappaleiden ympärille, tunnettu siitä, että pidikkeeseen on muodostettu jousimaiset ulokkeet (14-16), jotka on sovitettu piirilevyssä oleviin aukkoihin (H1-H3) nähden siten, että ne painautu-15 vat aukkojen sisäreunoja vasten pidikkeen ollessa paikallaan ferriittikappaleiden ympärillä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että jousimaiset ulokkeet muodostuvat pidikkeen pinnasta ulospäin taivutetuista kielekkeistä (14,15).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että kielekkeiden kärki (14a, 15a) asettuu piirilevyn yläpinnan yläpuolelle.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että kielekkeet on taivutettu ainakin alaosastaan, jolloin kielekkeen ulkonema pidikkeen pinnasta kasvaa kohti kielekkeen vapaata päätä.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että kielekkeen vapaassa päässä on lisätaivutus (BP) siten, että taivutuksen kohdalta kieleke asettuu aukkojen yläreunoja vasten.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että jousimaiset ulokkeet (16) muodostuvat pidikkeen päätyosista, jotka on pyöris-30 tetty siten, että niiden uloin osa puristuu piirilevyssä olevien aukkojen reunoja vasten. 105294