RU131554U1

RU131554U1 - FLAT TRANSFORMER

Info

Publication number: RU131554U1
Application number: RU2013113707/07U
Authority: RU
Inventors: Константин Владеленович Егоров; Андрей Викторович Любимов; Виктор Константинович Любимов; Валерий Джураевич Ходжаев
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-08-20

Abstract

Плоский трансформатор, обмотки которого выполнены в виде многослойной печатной платы, содержащей гибкие диэлектрические подложки с отверстиями и двухсторонней металлизацией в виде витков обмоток и контактных площадок, соединенные в пакет, отличающийся тем, что витки обмоток трансформатора, расположенные между подложками, представляют собой трехслойную конструкцию из двух слоев металлизации, принадлежащих двум соседним диэлектрическим подложкам, и слоя припоя между ними.A flat transformer, the windings of which are made in the form of a multilayer printed circuit board containing flexible dielectric substrates with holes and two-sided metallization in the form of turns of windings and contact pads, connected in a package, characterized in that the turns of the transformer windings located between the substrates are a three-layer structure of two metallization layers belonging to two adjacent dielectric substrates, and a solder layer between them.

Description

Полезная модель относится к электронике и радиотехнике, в частности, к конструкциям плоских трансформаторов на основе многослойных печатных плат.The utility model relates to electronics and radio engineering, in particular, to the design of flat transformers based on multilayer printed circuit boards.

В настоящее время плоские трансформаторы находят свое применение в малогабаритных источниках питания. К ним предъявляются два основных требования: небольшие габариты обмоток и способность пропускать большие токи (единицы и десятки ампер). Это накладывает определенные ограничения на размеры и поперечное сечение токоведущих дорожек в обмотке. Учитывая, что существует технологическое ограничение по максимальной толщине проводящей дорожки, необходимая плотность тока обеспечивается либо увеличением ширины дорожки, что приводит к увеличению конечных габаритов трансформатора, либо параллельным или параллельно-последовательным соединением отдельных витков обмоток, что требует увеличения числа витков и, соответственно, числа слоев в плате и толщины печатной платы.Currently, flat transformers are used in small-sized power supplies. Two basic requirements are presented to them: small dimensions of the windings and the ability to transmit large currents (units and tens of amperes). This imposes certain restrictions on the size and cross section of current-carrying tracks in the winding. Given that there is a technological limitation on the maximum thickness of the conducting track, the required current density is provided either by increasing the width of the track, which leads to an increase in the final dimensions of the transformer, or by parallel or parallel-serial connection of individual turns of the windings, which requires an increase in the number of turns and, accordingly, the number layers in the circuit board and the thickness of the circuit board.

Известен плоский трансформатор [Патент РФ на полезную модель №60296, кл. Н05К 3/46, опубликован 10.01.2007], выполненный в виде многослойной печатной платы, содержащей изолированные друг от друга жесткие диэлектрические подложки с отверстиями и двухсторонней металлизацией в виде рисунка проводников и контактных площадок, соединенные в пакет с помощью прокладок из полуотвердевшей смолы, между которыми размещается дополнительный диэлектрический слой, выполненный из полиимидной пленки.Known flat transformer [RF Patent for utility model No. 60296, class. H05K 3/46, published January 10, 2007], made in the form of a multilayer printed circuit board containing rigid dielectric substrates isolated from each other with holes and two-sided metallization in the form of a pattern of conductors and contact pads, connected in a package using semi-hardened resin gaskets between which accommodates an additional dielectric layer made of a polyimide film.

Недостатками данного трансформатора является, во-первых, использование жестких диэлектрических подложек, прокладок из полуотвердевшей смолы и дополнительного диэлектрического слоя, что увеличивает толщину многослойной печатной платы, а во-вторых, - при больших токах в обмотках, необходимость параллельного или параллельно-последовательного соединения витков в обмотках и, следовательно, дополнительного числа витков, что также увеличивает габариты трансформатора.The disadvantages of this transformer are, firstly, the use of rigid dielectric substrates, gaskets made of semi-hardened resin and an additional dielectric layer, which increases the thickness of the multilayer printed circuit board, and secondly, at high currents in the windings, the need for parallel or parallel-serial connection of turns in the windings and, therefore, an additional number of turns, which also increases the dimensions of the transformer.

Наиболее близким техническим решением является плоский трансформатор, обмотки которого изготовлены в виде многослойной печатной платы [Патент РФ на полезную модель №120831 кл. Н05К 3/46, Н05К 3/40, опубликован 27.09.2012 - прототип]. Многослойная плата содержит слои гибкого диэлектрического материала с двухсторонней металлизацией, на основе которой выполнены элементы печатной схемы, в том числе витки обмоток плоского трансформатора и контактные площадки, и изолирующие прокладки. Витки между собой соединены отверстиями для создания межслойных электрических соединений. Изолирующие прокладки для разделения соседних слоев с рисунками печатных схем выполнены из полиимидной пленки. Открытые поверхности контактных площадок покрываются припоем, с помощью которого методом пайки осуществляется сборка в пакет всех слоев, входящих в конструкцию платы, что обеспечивает электрические и механические соединения в плате.The closest technical solution is a flat transformer, the windings of which are made in the form of a multilayer printed circuit board [RF Patent for utility model No. 120831 class. H05K 3/46, H05K 3/40, published September 27, 2012 - prototype]. The multilayer board contains layers of flexible dielectric material with double-sided metallization, on the basis of which the printed circuit elements are made, including windings of windings of a flat transformer and contact pads, and insulating gaskets. The turns are interconnected by holes to create interlayer electrical connections. Insulating gaskets for separating adjacent layers with drawings of printed circuits are made of polyimide film. The open surfaces of the contact pads are covered with solder, with the help of which, by soldering, all layers included in the board structure are assembled into a package, which provides electrical and mechanical connections in the board.

Недостатками данного технического решения являются относительно большая толщина многослойной печатной платы из-за использования изолирующих прокладок и необходимости дополнительных параллельных витков для обеспечения необходимой силы тока и недостаточная механическая прочность платы, так как механическое соединение слоев происходит только по контактным площадкам.The disadvantages of this technical solution are the relatively large thickness of the multilayer printed circuit board due to the use of insulating gaskets and the need for additional parallel turns to provide the necessary current strength and insufficient mechanical strength of the board, since the mechanical connection of the layers occurs only on the contact pads.

В основу полезной модели положено требование уменьшения массогабаритных параметров и повышение механической прочности платы при одновременном улучшении электрофизических параметров.The utility model is based on the requirement of reducing the overall dimensions and increasing the mechanical strength of the board while improving the electrophysical parameters.

Поставленная задача решается тем, что обмотки плоского трансформатора выполнены в виде многослойной печатной платы, содержащей гибкие диэлектрические подложки с отверстиями и двухсторонней металлизацией в виде витков обмоток и контактных площадок, соединенные в пакет. Витки обмоток трансформатора, расположенные между подложками, представляют собой трехслойную конструкцию из двух слоев металлизации, принадлежащих двум соседним диэлектрическим подложкам, и слоя припоя между ними.The problem is solved in that the windings of a flat transformer are made in the form of a multilayer printed circuit board containing flexible dielectric substrates with holes and two-sided metallization in the form of turns of windings and contact pads connected in a package. The turns of the transformer windings located between the substrates are a three-layer structure of two metallization layers belonging to two adjacent dielectric substrates, and a solder layer between them.

На фиг.1 показана многослойная печатная плата, из которой изготавливается плоский трансформатор предложенной конструкции, на фиг.2 - взаимное расположение слоев витка обмотки трансформатора на двух соседних диэлектрических слоях до сборки пакета.Figure 1 shows the multilayer printed circuit board from which the flat transformer of the proposed design is made, figure 2 shows the mutual arrangement of the layers of the coil of the transformer winding on two adjacent dielectric layers before assembling the package.

Многослойная плата представляет собой пакет гибких диэлектрических подложек 1 с двухсторонней металлизацией в виде витков 2, причем форма витков на внутренних соприкасающихся поверхностях подложек зеркально симметрична (фиг.2). Каждый внутренний виток 2 выполнен трехслойным: два слоя металлизации, принадлежащих двум соседним диэлектрическим подложкам 1 и слой припоя 3 между ними (фиг.1). Витки между собой соединены металлизированными отверстиями 4. Механическое и электрическое соединение подложек в пакет осуществляется методом вакуумной пайки за счет слоя припоя 3 на поверхности витков и контактных площадок. Наружные слои многослойной печатной платы защищены паяльной маской 5 (фиг.1).The multilayer board is a package of flexible dielectric substrates 1 with double-sided metallization in the form of coils 2, and the shape of the coils on the inner contacting surfaces of the substrates is mirror symmetric (figure 2). Each inner coil 2 is made three-layer: two metallization layers belonging to two adjacent dielectric substrates 1 and a solder layer 3 between them (Fig. 1). The coils are interconnected by metallized holes 4. The mechanical and electrical connection of the substrates into the bag is carried out by vacuum soldering due to a layer of solder 3 on the surface of the coils and pads. The outer layers of the multilayer printed circuit board are protected by a solder mask 5 (figure 1).

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

Берут двухсторонний металлизированный полиимид, изготавливают переходные отверстия, металлизируют их. Методом фотолитографии формируют витки обмотки в виде спиралей и контактные площадки на каждой из сторон полиимидной подложки, при этом рисунок спиралей и контактных площадок на двух внутренних соседних подложках зеркально симметричен (фиг.2). Поверхности спиралей и контактных площадок полностью покрывают слоем припоя и соединяют между собой методом вакуумной пайки при сборке подложек в пакет, формируя, таким образом, трехслойный внутренний виток обмотки трансформатора, что обеспечивает высокую механическую прочность соединения слоев платы.They take double-sided metallized polyimide, make vias, metallize them. Using photolithography, windings are formed in the form of spirals and contact pads on each side of the polyimide substrate, while the pattern of spirals and contact pads on two inner adjacent substrates is mirror symmetric (Fig. 2). The surfaces of the spirals and contact pads are completely covered with a layer of solder and are interconnected by vacuum soldering when assembling the substrates into a package, thus forming a three-layer internal coil of the transformer winding, which ensures high mechanical strength of the connection between the layers of the board.

Внешний контур и окно для сердечника выполняется механической обработкой, например, фрезерованием. После установки многослойной печатной платы в корпус сердечника проводят сборку в соответствии с требованиями электрической схемы.The external contour and the window for the core are machined, for example, by milling. After installing the multilayer printed circuit board in the core body, the assembly is carried out in accordance with the requirements of the electrical circuit.

Таким образом, поставленная задача решена благодаря предложенной конструкции. Уменьшение массогабаритных параметров достигается уменьшением толщины многослойной печатной платы путем исключения из конструкции, описанной в прототипе, межслойной изоляции и уменьшением числа витков за счет увеличенного более чем вдвое поперечного сечения витка. Увеличение площади паянного соединения между подложками увеличивает механическую прочность и надежность печатной платы. Трансформатор предложенной конструкции может работать при больших токах в обмотках благодаря увеличению толщины поперечного сечения витков обмотокThus, the task is solved thanks to the proposed design. The reduction of weight and size parameters is achieved by reducing the thickness of the multilayer printed circuit board by eliminating interlayer insulation from the design described in the prototype and reducing the number of turns due to a more than doubled cross section of the turn. An increase in the area of the soldered joint between the substrates increases the mechanical strength and reliability of the printed circuit board. The transformer of the proposed design can operate at high currents in the windings due to an increase in the thickness of the cross section of the turns of the windings

Claims

A flat transformer, the windings of which are made in the form of a multilayer printed circuit board containing flexible dielectric substrates with holes and two-sided metallization in the form of turns of windings and contact pads, connected in a package, characterized in that the turns of the transformer windings located between the substrates are a three-layer structure of two metallization layers belonging to two adjacent dielectric substrates, and a solder layer between them.