RU2746054C1 - Method for producing a planar transformer based on multi-layer pcb - Google Patents
Method for producing a planar transformer based on multi-layer pcb Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746054C1 RU2746054C1 RU2020132220A RU2020132220A RU2746054C1 RU 2746054 C1 RU2746054 C1 RU 2746054C1 RU 2020132220 A RU2020132220 A RU 2020132220A RU 2020132220 A RU2020132220 A RU 2020132220A RU 2746054 C1 RU2746054 C1 RU 2746054C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- windings
- holes
- metal
- winding
- turns
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
- F42C19/00—Details of fuzes
- F42C19/08—Primers; Detonators
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
Abstract
Description
Изобретение относится к электрорадиотехнике и может быть использовано при изготовлении планарного трансформатора, предназначенного для использования в портативных электронных устройствах.The invention relates to electrical and radio engineering and can be used in the manufacture of a planar transformer intended for use in portable electronic devices.
Известен способ изготовления планарного трансформатора, описанный в заявке на изобретение №93006715, от 03.02.1993 г. опубл. 20.04.1995 г., заключающийся в том, обмотки формируют на фольгированном диэлектрике путем травления фольги в местах, не защищенных фоторезистивной маской. После этого печатные обмотки собирают в пакет, разделяя их клеящими прокладками. Межслойные электрические соединения создают путем химико-гальванической металлизации сквозных отверстий. Таким образом, изготавливают как первичную, так и вторичную обмотку трансформатора. Затем в многослойной плате в центре обмоток создают отверстия для установки ферритового сердечника. Устанавливают и закрепляют ферритовый сердечник в данном отверстии и получают планарный трансформатор на основе многослойной печатной платы. Толщина многослойной обмотки ограничена свободным пространством в ферритовом сердечнике.A known method of manufacturing a planar transformer, described in the application for invention No. 93006715, dated 03.02.1993, publ. 04/20/1995, which consists in the fact that the windings are formed on a foil dielectric by etching the foil in places not protected by a photoresist mask. After that, the printed windings are collected in a bag, separating them with adhesive spacers. Interlayer electrical connections are created by chemical-galvanic metallization of through holes. Thus, both the primary and the secondary winding of the transformer are manufactured. Then, holes are made in the multilayer board in the center of the windings to accommodate the ferrite core. A ferrite core is installed and fixed in this hole and a planar transformer based on a multilayer printed circuit board is obtained. The thickness of the multilayer winding is limited by the free space in the ferrite core.
К недостаткам известного способа относятся низкая надежность межслойных электрических соединений, полученных химико-гальванической металлизацией сквозных отверстий, большое электрическое сопротивление обмоток, обусловленное малой величиной поперечного сечения, вследствие конечной толщины фольги на фольгированном диэлектрике. Это в свою очередь приводит к значительным потерям мощности на активном электрическом сопротивлении обмотки при протекании больших токов в мощных дросселях.The disadvantages of the known method include low reliability of interlayer electrical connections obtained by chemical-galvanic metallization of through holes, high electrical resistance of the windings, due to the small size of the cross-section, due to the finite thickness of the foil on the foil-clad dielectric. This, in turn, leads to significant power losses at the active electrical resistance of the winding when large currents flow in powerful chokes.
Известен способ изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы, описанный в статье «Планарный трансформатор на основе многослойных печатных плат» из журнала Компоненты и технологии, 2003, №6, с. 106-112. Способ изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы, заключается в том, что изготавливают печатные обмотки трансформатора на фольгированном диэлектрике путем травления фольги в местах, незащищенных фоторезистивной маской. Затем печатные обмотки собирают в пакет. Их разделяют клеящими прокладками. После чего прессуют пакет при температуре отверждения клея. Изготавливают межслойные электрические соединения между смежными обмотками в многослойной печатной обмотке путем химико-гальванической металлизации сквозных отверстий. Таким образом, изготавливают как первичную, так и вторичную обмотки трансформатора. Их соединяют между собой склеиванием. Затем в обмотке трансформатора создают отверстия для установки ферритового сердечника. Устанавливают и закрепляют ферритовый сердечник в обмотке трансформатора и получают планарный трансформатор на основе многослойной печатной платы. Толщина многослойной обмотки ограничена свободным пространством в ферритовом сердечнике.A known method of manufacturing a planar transformer based on a multilayer printed circuit board, described in the article "Planar transformer based on multilayer printed circuit boards" from the journal Components and Technologies, 2003, No. 6, p. 106-112. The method of manufacturing a planar transformer based on a multilayer printed circuit board consists in the fact that the printed windings of a transformer on a foil-clad dielectric are made by etching the foil in places not protected by a photoresist mask. The printed windings are then assembled into a package. They are separated by adhesive spacers. Then the bag is pressed at the glue curing temperature. Interlayer electrical connections are made between adjacent windings in a multilayer printed winding by chemical-galvanic metallization of through holes. Thus, both the primary and secondary windings of the transformer are manufactured. They are connected together by gluing. Then, holes are made in the transformer winding for installing a ferrite core. A ferrite core is installed and fixed in the transformer winding and a planar transformer based on a multilayer printed circuit board is obtained. The thickness of the multilayer winding is limited by the free space in the ferrite core.
К недостаткам способа следует отнести низкую надежность межслойных электрических соединений, полученных химико-гальванической металлизацией сквозных отверстий, малую толщину витков обмоток, которая ограничена толщиной фольги на фольгированном диэлектрике. Это затрудняет получение витков с большим поперечным сечением, необходимым в мощных планарных трансформаторах с допустимым током, например, 30-40 А и выше.The disadvantages of this method include low reliability of interlayer electrical connections obtained by chemical-galvanic metallization of through holes, small thickness of winding turns, which is limited by the thickness of the foil on the foil-clad dielectric. This makes it difficult to obtain turns with a large cross-section, which is necessary in powerful planar transformers with an allowable current, for example, 30-40 A and higher.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является способ изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы, описанный в патенте РФ №2345510, МПК H05K 3/46, опубл. 27.01.2009 г., включающий изготовление медных витков обмоток с контактными площадками в соответствии с фоторезистивным рисунком, обмотки укладывают в пакет с включением между ними клеящих прокладок, затем проводят прессование пакета при температуре отверждения клея, создают межслойные электрические соединения обмоток и отверстия в обмотках, в которые устанавливают ферритовый сердечник, запрессовывают прокладку в витки при температуре отверждения клеяThe closest and selected as a prototype is a method for manufacturing a planar transformer based on a multilayer printed circuit board, described in RF patent No. 2345510, IPC H05K 3/46, publ. 01/27/2009, including the manufacture of copper turns of windings with contact pads in accordance with the photoresistive pattern, the windings are placed in a package with the inclusion of adhesive spacers between them, then the package is pressed at the curing temperature of the glue, interlayer electrical connections of the windings and holes in the windings are created, in which the ferrite core is installed, the gasket is pressed into the turns at the curing temperature of the glue
К недостаткам способа следует отнести:The disadvantages of this method include:
- необходимость дополнительного оборудования, и сложность технологического обеспечения;- the need for additional equipment, and the complexity of technological support;
- малое количество витков;- a small number of turns;
- сложность техпроцесса, включающего необходимость дополнительной технологической оснастки.- the complexity of the technical process, including the need for additional technological equipment.
Задачей изобретения является создание способа изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы с улучшенными эксплуатационными характеристиками, а именно высокой эксплуатационной надежностью и технологичностью конструкции с обеспечением оптимизированного размещения элементов на печатной плате, а также с малой индуктивностью рассеяния.The objective of the invention is to provide a method for manufacturing a planar transformer based on a multilayer printed circuit board with improved operational characteristics, namely, high operational reliability and manufacturability of the design with an optimized arrangement of elements on the printed circuit board, as well as with low leakage inductance.
Технический результат заключается в том, что удалось изготовить планарный трансформатор на основе многослойной печатной платы с надежными межслойными переходами и низким значением электрического сопротивления обмотки, внести в многослойную обмотку большее количество слоев, исключив из конструкции текстолитовую основу, а также позволило расширить номенклатуру используемой фольги, позволяющей максимально эффективно использовать свободное пространство ферритового сердечника, клепанные и опаянные контакты для соединения витков вместо переходных отверстий обеспечили надежность соединений конструкции, снизить индуктивность рассеяния за счет нанесения ферромагнитного материала.The technical result consists in the fact that it was possible to manufacture a planar transformer based on a multilayer printed circuit board with reliable interlayer junctions and a low value of the electrical resistance of the winding, to introduce a larger number of layers into the multilayer winding, excluding the textolite base from the structure, and also made it possible to expand the range of used foil, allowing to use the free space of the ferrite core as efficiently as possible, riveted and soldered contacts for connecting turns instead of vias ensured the reliability of the structure connections, reduce the leakage inductance by applying a ferromagnetic material.
Это достигается тем, что в способе изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы, включающий изготовление витков обмоток с контактными площадками в соответствии с фоторезистивным рисунком, печатные обмотки укладывают в пакет с включением между ними клеящих прокладок, затем проводят прессование пакета при температуре отверждения клея, создают отверстия в обмотках, в которые устанавливают ферритовый сердечник, запрессовывают прокладку в витки при температуре отверждения клея, согласно изобретению, в качестве обмоток используют заготовки из спрессованных между собой не менее чем двух металлических листов, с предварительно нанесенным, на свободную поверхность от нанесенного витка, слоем ферромагнитного материала, затем изготавливают печатную плату, выполняют в ней сквозные отверстия, в которые закрепляют металлические контакты, замыкают витки металлическим проводником на установленные металлические контакты.This is achieved by the fact that in the method of manufacturing a planar transformer based on a multilayer printed circuit board, including the manufacture of turns of windings with contact pads in accordance with a photoresistive pattern, the printed windings are placed in a package with the inclusion of adhesive spacers between them, then the package is pressed at the temperature of the glue curing, holes are created in the windings into which the ferrite core is installed, the gasket is pressed into the turns at the curing temperature of the glue, according to the invention, as windings, blanks are used from pressed together at least two metal sheets, with pre-applied, on the free surface from the applied turn, with a layer of ferromagnetic material, then a printed circuit board is made, through holes are made in it, into which the metal contacts are fixed, the turns are closed with a metal conductor on the installed metal contacts.
Кроме того, с целью обеспечения заданной толщины трансформатора, в качестве металлических листов используют фольгу.In addition, foil is used as metal sheets in order to ensure a predetermined thickness of the transformer.
Кроме того, с целью снижения индуктивности рассеяния, в качестве ферромагнитного материала используют никель.In addition, nickel is used as a ferromagnetic material in order to reduce the leakage inductance.
Кроме того, витки замыкают путем распайки.In addition, the turns are closed by desoldering.
Кроме того, в качестве металлических проводников используют проволоку.In addition, wire is used as the metal conductors.
Кроме того, в качестве ферромагнитного материала используют никель.In addition, nickel is used as a ferromagnetic material.
Кроме того, металлические контакты закрепляют путем расклепывания и опаивания.In addition, metal contacts are secured by riveting and soldering.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the state of the art carried out by the applicant, including a search for patent and scientific and technical sources of information and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all essential features of the claimed invention, but the definition from the list identified analogs of the prototype, as the closest analogue in terms of the totality of features, made it possible to identify a set of significant in relation to the technical result perceived by the applicant of the distinctive features in the claimed object set forth in the claims.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.Consequently, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under the current legislation.
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.To check the compliance of the claimed invention with the condition of the inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not follow explicitly for a specialist from the prior art.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.
На фиг. 1 представлен вид заготовки с витком трансформатора;FIG. 1 shows a view of the workpiece with a turn of the transformer;
На фиг. 2 представлена конструкция трансформатора.FIG. 2 shows the design of the transformer.
На чертежах введены следующие обозначения:The following symbols have been introduced in the drawings:
1 - клеящая прокладка (препрег);1 - adhesive strip (prepreg);
2 - металлические листы (медная фольга) с нанесенным ферромагнитным материалом;2 - metal sheets (copper foil) with applied ferromagnetic material;
3 - виток;3 - turn;
4 - слой ферромагнитного материала;4 - a layer of ferromagnetic material;
5 - заготовка с витком трансформатора5 - workpiece with a turn of the transformer
6 - металлические контакты;6 - metal contacts;
7 - металлический проводник (проволока);7 - metal conductor (wire);
8 - отверстия для установки ферритового сердечника.8 - holes for installing a ferrite core.
Способ изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы осуществляется следующим образом.A method of manufacturing a planar transformer based on a multilayer printed circuit board is carried out as follows.
В основе конструкции в качестве обмоток используют заготовки 5 из спрессованных между собой не менее чем двух металлических листов 2, например фольги, между которыми прокладывают клеящую прокладку 1 (препрег). Затем на металлических листах 2 (фольге) заготовки, с внешней ее стороны, вытравливают рисунок топологии, представляющий собой один виток 3 (фиг. 1). После этого на свободную поверхность от нанесенного витка 3, наносят слой ферромагнитного материала 4, например, никель химическим способом, на следующем этапе с помощью клеящей прокладки 1 (препрега) склеивают между собой отдельные заготовки 5 в единую конструкцию (фиг. 2, вид А-А), создают отверстия 8 в этой конструкции для установки ферритового сердечника и осуществляют сверление отверстий под установку металлических контактов 6. После изготовления трансформатора в отверстия расклепывают и опаивают металлические (медные) контакты 6, их толщину рассчитывают в зависимости от силы тока с учетом заданного сопротивления витков 3. Всю конструкцию трансформатора соединяют путем распайки металлических проводников 7 (медной проволоки) необходимого диаметра на металлические контакты 6.At the heart of the structure,
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:Thus, the above information testifies to the fulfillment of the following set of conditions when using the invention:
- снизить индуктивность рассеяния;- to reduce the leakage inductance;
- удалось изготовить планарный трансформатор на основе многослойной печатной платы с надежными межслойными переходами и низким значением электрического сопротивления обмотки;- it was possible to manufacture a planar transformer based on a multilayer printed circuit board with reliable interlayer junctions and a low value of the electrical resistance of the winding;
- внести в многослойную обмотку большее количество слоев, исключив из конструкции текстолитовую основу;- introduce a greater number of layers into the multilayer winding, excluding the textolite base from the structure;
- расширить номенклатуру используемой фольги, позволяющей максимально эффективно использовать свободное пространство ферритового сердечника.- to expand the range of used foil, which allows the most efficient use of the free space of the ferrite core.
Этот способ не требует внедрения дополнительной оснастки и технологических операций, отличных от типовых процессов изготовления печатных плат.This method does not require the introduction of additional equipment and technological operations that differ from the typical processes for manufacturing printed circuit boards.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных конструктивных решений, а именно получен способ изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы.For the claimed invention in the form as it is described in the claims, the possibility of its implementation using the above-described design solutions was confirmed, namely, a method for manufacturing a planar transformer based on a multilayer printed circuit board was obtained.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020132220A RU2746054C1 (en) | 2020-11-11 | 2020-11-11 | Method for producing a planar transformer based on multi-layer pcb |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020132220A RU2746054C1 (en) | 2020-11-11 | 2020-11-11 | Method for producing a planar transformer based on multi-layer pcb |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2746054C1 true RU2746054C1 (en) | 2021-04-06 |
Family
ID=75353341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020132220A RU2746054C1 (en) | 2020-11-11 | 2020-11-11 | Method for producing a planar transformer based on multi-layer pcb |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2746054C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU93006715A (en) * | 1993-02-03 | 1995-04-20 | М.В. Давидович | METHOD OF FORMATION OF PLANAR INDUCTIVITIES AND ELECTRIC FILTER ON ITS BASIS |
WO2002025797A2 (en) * | 2000-09-22 | 2002-03-28 | M-Flex Multi-Fineline Electronix, Inc. | Electronic transformer/inductor devices and methods for making same |
RU2345510C1 (en) * | 2007-09-06 | 2009-01-27 | Яков Аронович Гофман | Production process for planar transformer based on multilayer printed circuit board |
US20090302986A1 (en) * | 2008-06-10 | 2009-12-10 | Bedea Tiberiu A | Minimal-length windings for reduction of copper power losses in magnetic elements |
RU2681019C1 (en) * | 2017-11-27 | 2019-03-01 | Федеральное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Cumulative charge |
-
2020
- 2020-11-11 RU RU2020132220A patent/RU2746054C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU93006715A (en) * | 1993-02-03 | 1995-04-20 | М.В. Давидович | METHOD OF FORMATION OF PLANAR INDUCTIVITIES AND ELECTRIC FILTER ON ITS BASIS |
WO2002025797A2 (en) * | 2000-09-22 | 2002-03-28 | M-Flex Multi-Fineline Electronix, Inc. | Electronic transformer/inductor devices and methods for making same |
RU2345510C1 (en) * | 2007-09-06 | 2009-01-27 | Яков Аронович Гофман | Production process for planar transformer based on multilayer printed circuit board |
US20090302986A1 (en) * | 2008-06-10 | 2009-12-10 | Bedea Tiberiu A | Minimal-length windings for reduction of copper power losses in magnetic elements |
RU2681019C1 (en) * | 2017-11-27 | 2019-03-01 | Федеральное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Cumulative charge |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7170384B2 (en) | Printed circuit board having three-dimensional spiral inductor and method of fabricating same | |
US7205655B2 (en) | Multilayer circuit including stacked layers of insulating material and conductive sections | |
US7843303B2 (en) | Multilayer inductor | |
US10141107B2 (en) | Miniature planar transformer | |
US7248138B2 (en) | Multi-layer printed circuit board inductor winding with added metal foil layers | |
WO2010089921A1 (en) | Method for manufacturing module with planar coil, and module with planar coil | |
KR100848848B1 (en) | Electromagnetic bandgap structure, printed circuit board comprising this and method thereof | |
US20050212640A1 (en) | Multi-layer printed circuit board transformer winding | |
EP0267108A1 (en) | Miniaturized transformer | |
EP3291254A1 (en) | Method related to laminated polymeric planar magnetics | |
KR20000029817A (en) | Planar transformer | |
US10833583B2 (en) | Methods of manufacturing inductor modules and power semiconductor systems having inductor modules | |
US20170027061A1 (en) | Multi-layer wiring structure, magnetic element and manufacturing method thereof | |
TWI334325B (en) | ||
RU2746054C1 (en) | Method for producing a planar transformer based on multi-layer pcb | |
KR20110074012A (en) | Carrier substrate, fabricating method of the same, printed circuit board and fabricating method using the same | |
KR101854626B1 (en) | Method for manufacturing pcb and pcb manufactured using the same | |
CN106376173B (en) | Multilayer lead structure of printed circuit board, magnetic element and manufacturing method thereof | |
US11657951B2 (en) | Integrated embedded transformer module | |
JPH09219324A (en) | Coil component and its manufacture | |
JP2006013117A (en) | Inductor structure | |
US20230371177A1 (en) | Sidewall plating of circuit boards for layer transition connections | |
RU2070778C1 (en) | Multilayer printed circuit board | |
RU2149526C1 (en) | Multilayer printed circuit board | |
JP2007184631A (en) | Manufacturing method of wiring board equipped with passive element |