WO2023213799A1 - Induktives bauelement, mold-werkzeug und verfahren zum einbetten - Google Patents

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electrical conductor
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Fabian Beck
Anneliese Drespling
Dirk Beckmann
Michael Heriadin
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TDK Electronics AG
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Definitions

  • the invention relates to inductive components, especially inductive components with improved magnetic properties, mold tools for producing such components and methods for embedding, e.g. B. for embedding electrical conductors in a component body.
  • Inductive components can be used in electrical circuits, where they implement inductive circuit elements.
  • the inductances of such components are generally characterized by the shape of an electrical conductor and the magnetic properties of its surroundings.
  • a coil can be cast in a surrounding material. The position of the coil in the potting material influences the magnetic and electrical properties of the corresponding component.
  • inductive elements with a holder for the coil are known from the publications US 9, 728, 331 B2, US 4, 801, 912 A or US 2010/0219924 A1.
  • Complex process steps for producing inductive components are known from US 2012/0019343 Al or US 2009/0250836 Al.
  • the inductive component includes an electrical conductor.
  • the electrical conductor has a first connection and a second connection. Furthermore, the electrical conductor has a central area. The central area is electrically arranged between the first connection and the second connection. Furthermore, the inductive component has a body in which the central region is arranged. The central area is centered in the body. Furthermore, the body has a first recess that is open to the outside.
  • the electrical arrangement of the central region between the first connection and the second connection essentially means that the electrical conductor is designed such that the central region of the electrical conductor is connected in series between the first connection and the second connection.
  • the centering of the central area in the body causes the procession of the central area in the body to be determined with high precision.
  • the magnetic environment of the central region of the electrical conductor is essentially determined with high precision, so that the electrical and magnetic properties of the inductive element can be adjusted with high precision.
  • the presence of the recess that is open to the outside is directly related to the inductance that can be set with high precision.
  • the recess which is open to the outside, serves to hold the electrical conductor and during the manufacturing process of the inductive component in particular to keep its central area in the designated position. Mold materials can then be used to surround the central area, ensuring secure fixation of the central area even at high mold pressures.
  • the position within the body and thus the thicknesses of the material of the body in the various directions around the central region are thus firmly defined, which results in the high precision of the adjustment of the electrical magnetic properties of the inductive component.
  • the central area of the electrical conductor is essentially that area of the conductor that primarily carries the electrical or magnetic properties of the inductive component.
  • the electrical conductor can be shaped into one or more coils in the central region.
  • the electrical conductor can consist of one or more wires or can include a wire whose corresponding section is formed into turns that form the coil (s) of the inductive component.
  • the first connection and the second connection of the electrical conductor represent connection options for the inductive component, with which the inductive component can be connected to an external circuit environment.
  • SMD surface mounted device
  • the coil can have essentially circular turns.
  • the coil can in particular be a cylindrical coil or a planar coil. However, it is also possible for the windings of the coil to follow an oval cross-section or to follow a rectangular cross-section.
  • the body of the inductive component in which the central region is located, contains a mold material or consists of a mold material.
  • the central region of the electrical conductor is embedded in the body of the inductive component.
  • Embedding by means of molding is an easy-to-implement option for producing an inductive component. It is possible that the central region and the mold material surrounding the central region together result in a monolithically formed inductive component. The central region of the electrical conductor is in direct contact with the mold material essentially over its entire length.
  • the body prefferably contains a second, outwardly open recess, which is arranged on the body opposite the first recess in such a way that the central region is arranged between the first and second recesses.
  • the meaning of the recesses is that during production the associated mold tool has correspondingly shaped elements, e.g. B. Has ribs or slats that hold the central region of the inductive component in its position during casting. Ribs of the mold tool can come from different directions, e.g. B. from opposite directions, press against the central area of the electrical conductor and thus hold it in an unchangeable position with high precision, even if during molding, i.e. H .
  • a high mold pressure must be applied for casting.
  • the mold tool has a cavity which is intended to be filled by the mold mass, the filling of the cavity by the mold material forming the later body in which the electrical conductor is monolithically enclosed with its central region.
  • the limitation of the cavity of the mold tool on the one hand and the positioning of the central area defined with high precision on the other hand results in an inductive component whose external dimensions can be precisely adjusted and whose central area of the electrical conductor is determined with high precision in such a way that the magnetic environment of the electrical Conductor and in particular the central area is determined with high precision.
  • Inductive component can be adjusted with high precision, so that an inductive component with precise electrical and magnetic properties is obtained Inductive component can be produced using process steps that are easy to carry out.
  • the inductive component prefferably has further first recesses in the body.
  • the number of recesses in the body i.e. H . of possible positions or Directions from which the central area of the electrical conductor can be fixed during recasting determines the precision with which the central area can be adjusted and the mechanical resistance that the central area can offer when recasting the casting compound.
  • the recesses in which the corresponding conductor section of the electrical conductor contains less mold material in its surroundings can be seen as inhomogeneities in the magnetic surroundings of the inductive component. Therefore, there is generally a certain number of recesses and certain positions for the recesses for a specific inductive component, so that the advantageous properties of the recesses outweigh the lack of the corresponding material.
  • the depths of the recesses and the widths of the recesses are ideally chosen so that the necessary mechanical stability when positioning the central region is sufficiently large and the disturbance to the magnetic environment is sufficiently small.
  • the inductive component may include further second recesses in the body.
  • First recesses and second recesses are in the Essentially arranged on opposite sides of the inductive component.
  • the central area can be optimally clamped during production, so that the central area is optimally fixed during the application of the mold material.
  • the recesses prefferably have a width B of 0.1 mm ⁇ B ⁇ mm.
  • the recesses it is possible for the recesses to have a depth T of 0.05 mm ⁇ T ⁇ 1.0 mm.
  • the body of the inductive component can have a substantially cuboid shape.
  • the essentially cuboid body can have edge lengths K1, K2, K3 that are 0.2 mm or more and 5 mm or less.
  • the body can have a shape - except for the connections - that corresponds exactly to a cuboid shape. However, it is often advantageous if the exact shape of the body deviates slightly from a cuboid shape. For example, the edges of the cuboid can each have a chamfer. Furthermore, the body can have a side surface that is designed asymmetrically to other side surfaces of the body in order to orient the component, e.g. B. when connecting to a circuit board. Accordingly, it is possible for the inductive element to be a
  • SMD element is .
  • connections of the inductive component protrude from the body of the component with a certain length, which is suitable for mechanically and electrically connecting the body to conductor structures on a circuit board.
  • the surfaces of the connections can be wetted with a solderable material.
  • the electrical conductor prefferably has an inductance I, where the inductance I can be >5 nH and ⁇ 100 pH.
  • the inductive element can have a top and a bottom, with the bottom opposite that described above.
  • the component can have four recesses on the top and two recesses on the bottom.
  • the four recesses on the top can each be arranged on one side of a substantially rectangular base area.
  • the two recesses on the underside are arranged on opposite sides of the essentially cuboid body.
  • the body prefferably has a magnetic permeability P, where the magnetic permeability P is greater than or equal to 2 H/m and less than or equal to 100 H/m. It is possible for the body of the inductive component to comprise a plastic f, the plastic f being filled with a magnetic material.
  • Suitable materials for the plastic and as materials for the magnetic fillings include materials such as: B. Ferrites or iron alloys for the magnetic material, which is mixed into the plastic matrix as a filler.
  • the mold material can be a synthetic resin, e.g. B. include or consist of an epoxy.
  • the electrical conductor comprises or consists of a material selected from copper (Cu), silver (Ag), gold (Au) and aluminum (Al).
  • At least a section of the electrical conductor can be visible through the recess.
  • a corresponding mold tool for producing an inductive component as described above can include an access and a rib.
  • the purpose of the access is to serve as an opening for adding the mold material during the manufacturing process.
  • the rib serves as a support and for fixing the central region of the electrical conductor, so that it is arranged with high precision in its intended position on the finished component.
  • the mold tool prefferably has a lower part and an upper part.
  • the lower one can Parts have two ribs and the upper part has four ribs - or vice versa.
  • the ribs serve to hold the central area in its position during casting and later reveal themselves as the recesses in the finished inductive component.
  • the mold tool can have side walls which have a cavity in which the central region of the conductor can be arranged, the side walls defining the later outer surfaces of the later component.
  • a method for the centered embedding of a central area of an electrical conductor can include the following steps:
  • the mold mass can form a body in which the central region of the electrical conductor is enclosed, wherein the mold mass does not take up a volume of the rib, so that a recess forms in the body at the position of the rib.
  • an inductive component is obtained whose central region of the electrical conductor is arranged centered with high precision, so that it is precisely defined Material thicknesses are obtained on the side walls between the central area and the outer surfaces of the body. This results in an easy-to-manufacture inductive component with precisely defined electrical and magnetic properties.
  • Figure 1 a perspective view of an inductive component
  • Figure 2 a perspective view of the underside of the component
  • Figure 3 a perspective view of the electrical conductor, which is arranged in the body of the component
  • Figure 4 a sectioned body of an inductive component, which shows the position of the electrical conductor
  • Figures 5 and 6 perspective views of the position of the electrical conductor inside the body shown from different directions
  • Figure 11 a perspective view of a mold tool with access for applying the mold material
  • Figure 12 a cross section through the arrangement of mold tool and mold material with size information of a preferred embodiment.
  • Figure 1 shows a perspective view of an inductive component IB with a body K and a first connection AN1 and a second connection AN2.
  • the body K has a substantially cuboid shape and a top side 0.
  • Four recesses AU are arranged on the top side 0, the recesses AU being arranged on the four edges of the surface in such a way that two recesses AU lie opposite each other.
  • a recess is also arranged on the underside, at least on the side surface that faces the viewer in the perspective view.
  • connections AN1, AN2 are located on opposite sides of the essentially cuboid body K.
  • the central region is arranged in between, of which at least a section of the electrical conductor EL is visible through the recess AU.
  • the essentially cuboid body K has a chamfer F on its edges. This beveled surface reduces burrs and can simplify further assembly.
  • Figure 2 shows a perspective view of the inductive component IB such that the underside U faces the viewer. It can also be seen that the essentially cuboid body K has an edge instead of an edge Orientation surface OF, which simplifies orientation of the component IB by breaking the symmetry.
  • Figure 3 shows a perspective view of the electrical conductor EL, in which the central area ZB contains turns of a coil which are electrically connected in series between the first connection AN1 and the second connection AN2.
  • the connections AN1, AN2 are used to connect the inductive component to an external circuit environment.
  • the shape of the conductor EL in the central area ZB essentially determines the electrical and magnetic properties of the inductive component.
  • Figure 4 shows a perspective view of an inductive component IB with a section through the body K, so that the position of the electrical conductor inside the body K can be seen.
  • Figures 5 and 6 in turn show the complete position of the electrical conductor EL inside the inductive component and the corresponding positions of the recesses from different viewing directions. The viewer looks at the underside of the component in Figure 5 and at the top 0 of the component in Figure 6.
  • Figure 7 shows a side view of an inductive component with a total height in the vertical direction of the component in height of 1 mm, although the actual height may vary by 0.03 mm.
  • Figure 8 shows a corresponding component in a top view, the component having a length of 2 ⁇ 0.03 mm and the component having a width of 1.65 ⁇ 0.03 mm.
  • the orientation surface has an edge that is 0.3 mm away from the associated side wall of the component, the orientation surface together with a side surface enclosing an angle of 45°.
  • Figure 9 shows a possible dimensioning of the recesses on the top.
  • Four recesses can be provided, with each recess on the top having a width of 0.2 ⁇ 0.02 mm.
  • Figure 10 shows the possible dimensions of a recess on the underside. There are two recesses on the underside, which also have a width of 0.2 ⁇ 0.02 mm.
  • Figure 11 shows a perspective view of a mold tool MW, which has accesses Z that are designed as holes. Via the accesses Z, the casting compound can be pressed into the cavity behind it with an appropriate pressure in such a way that the cavity is completely filled without the central region of the electrical conductor being pushed away from its preferred position.
  • Figure 12 shows a cross section and the presence of the
  • the volume of the rib R cannot take up.
  • AN AN1, AN2 : connection, first, second connection
  • IB inductive component
  • R rib, lamella

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Abstract

Es wird ein leicht herstellbares induktives Bauelement mit präzise einstellbaren elektrischen und magnetischen Eigenschaften angegeben. Dazu hat das induktive Bauelement einen Körper mit einem Zentralbereich eines elektrischen Leiters. Der Zentralbereich ist im Körper zentriert. Ferner hat der Körper eine oder mehrere nach außen geöffnete Ausnehmungen.

Description

Beschreibung
Induktives Bauelement , Mold-Werkzeug und Verfahren zum Einbetten
Die Erfindung betri f ft induktive Bauelemente , speziell induktive Bauelemente mit verbesserten magnetischen Eigenschaften, Mold-Werkzeuge zur Herstellung solcher Bauelemente und Verfahren zum Einbetten, z . B . zum Einbetten von elektrischen Leitern in einen Bauelement-Körper .
Induktive Bauelemente können in elektrischen Schaltkreisen Verwendung finden, wo sie induktive Schaltungselemente realisieren . Die Induktivitäten solcher Bauelemente sind im Allgemeinen durch die Form eines elektrischen Leiters und der magnetischen Eigenschaften dessen Umgebung charakterisiert . So kann eine Spule in einem Umgebungsmaterial vergossen sein . Die Position der Spule im Vergussmaterial beeinflusst dabei die magnetischen und elektrischen Eigenschaften des entsprechenden Bauelements .
Zum Beispiel aus den Druckschri ften US 9 , 728 , 331 B2 , US 4 , 801 , 912 A oder US 2010/ 0219924 Al sind induktive Elemente mit einer Halterung für die Spule bekannt . Aus der US 2012 / 0019343 Al oder US 2009/ 0250836 Al sind komplexe Verfahrensschritte zur Herstellung induktiver Bauelemente bekannt .
Es besteht allerdings noch der Wunsch nach induktiven Bauelementen, die durch einfache , leicht durchzuführende Herstellungsschritte erzeugbar sind und dabei präzise einstellbare magnetische Eigenschaften aufweisen . Dazu werden ein induktives Bauelement bzw . ein Mold-Werkzeug und ein Verfahren zum Einbetten eines elektrischen Leiters gemäß den unabhängigen Ansprüchen angegeben . Abhängige Ansprüche geben vorteilhaften Ausgestaltungen an .
Das induktive Bauelement umfasst einen elektrischen Leiter . Der elektrische Leiter hat einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss . Ferner hat der elektrische Leiter einen Zentralbereich . Der Zentralbereich ist elektrische zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angeordnet . Ferner hat das induktive Bauelement einen Körper, in dem der Zentralbereich angeordnet ist . Der Zentralbereich ist dabei im Körper zentriert . Ferner weist der Körper eine erste , nach außen geöf fnete Ausnehmung auf .
Die elektrische Anordnung des Zentralbereichs zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss bedeutet im Wesentlichen, dass der elektrische Leiter so ausgestaltet ist , dass der Zentralbereich des elektrischen Leiters zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss in Serie verschaltet ist . Das Zentriertsein des Zentralbereichs im Körper bewirkt , dass die Prozession des Zentralbereichs im Körper mit hoher Präzision festgelegt ist . Dadurch ist die magnetische Umgebung des Zentralbereichs des elektrischen Leiters im Wesentlichen mit hoher Präzision festgelegt , so dass die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des induktiven Elements mit hoher Präzision einstellbar sind .
Das Vorhandensein der nach außen geöf fneten Ausnehmung steht dabei in einem direkten Zusammenhang mit hoher Präzision einstellbaren Induktivität . So dient die nach außen geöf fnete Ausnehmung dazu während des Herstellungsverfahrens des induktiven Bauelements den elektrischen Leiter und insbesondere seinen Zentralbereich an der dafür vorgesehenen Position zu halten . Mold-Materialien können dann dazu verwendet werden den Zentralbereich zu umgeben, wobei selbst bei hohen Mold-Drücken ein sicheres Fixieren des Zentralbereichs gewährleistet ist . Die Position innerhalb des Körpers und damit die Dicken des Materials des Körpers in den verschiedenen Richtungen um den Zentralbereich herum sind somit fest definiert , woraus die hohe Präzision der Einsteilbarkeit der elektrischen magnetischen Eigenschaften des induktiven Bauelements resultiert .
Der Zentralbereich des elektrischen Leiters ist dabei im Wesentlichen derj enige Bereich des Leiters der maßgeblich die elektrischen bzw . magnetischen Eigenschaften des induktiven Bauelements bestimmt .
So ist es insbesondere möglich, dass der elektrische Leiter in dem Zentralbereich zu einer oder mehreren Spule (n) geformt ist . Der elektrische Leiter kann dabei aus einem oder mehreren Drähten bestehen oder einen Draht umfassen dessen entsprechende Abschnitt zu Windungen geformt ist , die die Spule (n) des induktiven Bauelements ergeben .
Der erste Anschluss und der zweite Anschluss des elektrischen Leiters stellen dabei Anschlussmöglichkeiten des induktiven Bauelements dar, mit dem das induktive Bauelement mit einer externen Schaltungsumgebung verschaltbar ist . Der erste Anschluss und der zweite Anschluss können dabei auf unterschiedlichen Seiten des induktiven Bauelements aus dem Körper des Bauelements herausragen . Allerdings ist es auch möglich, dass beide Anschlüsse auf derselben Seite des Körpers herausragen . Dies ist insbesondere dann vorteilhaft , wenn das induktive Bauelement mittels SMD-Technik ( SMD = surface mounted device ) mit einer Leiterplatte verschaltbar sein soll .
Die Spule kann dabei im Wesentlichen kreis förmige Windungen aufweisen . Die Spule kann dabei insbesondere eine Zylinderspule oder eine Planarspule sein . Allerdings ist es auch möglich, dass die Windungen der Spule einem ovalen Querschnitt folgen oder einem rechteckförmigen Querschnitt folgen .
Es ist möglich, dass der Körper des induktiven Bauelements , in dem sich der Zentralbereich befindet , ein Mold-Material enthält oder aus einem Mold-Material besteht .
Ferner ist es möglich, dass der Zentralbereich des elektrischen Leiters in Körper des induktiven Bauelements eingebettet ist .
Das Einbetten mittels Molden (Vergießen) stellt eine einfach durchführbare Möglichkeit zur Herstellung eines induktiven Bauelements dar . Dabei ist es möglich, dass der Zentralbereich und das den Zentralbereich umgebende Mold- Material zusammen ein monolithisch gebildetes induktives Bauelement ergeben . Dabei ist der Zentralbereich des elektrischen Leiters im Wesentlichen über seine ganze Länge in direktem Kontakt mit dem Mold-Material .
Es ist möglich, dass der Körper eine zweite , nach außen geöf fnete Ausnehmung enthält , die der ersten Ausnehmung so gegenüberliegend am Körper angeordnet ist , dass der Zentralbereich zwischen der ersten und der zweiten Ausnehmung angeordnet ist . Die Bedeutung der Ausnehmungen besteht darin, das während der Herstellung das zugehörige Mold-Werkzeug entsprechend geformte Elemente , z . B . Rippen oder Lamellen aufweist , die den Zentralbereich des induktiven Bauelements während des Vergießens an seiner Position halten . Rippen des Mold- Werkzeugs können dabei aus verschiedenen Richtungen, z . B . aus gegenüberliegenden Richtungen, gegen den Zentralbereich des elektrischen Leiters drücken und ihn so mit hoher Präzision an einer unveränderlichen Position halten, auch wenn während des Moldens , d . h . während des Vergießens mit der Vergussmasse , ein j e nach Mold-Material nötiger, hoher Mold- Druck zum Vergießen auf zuwenden ist .
Insbesondere hat das Mold-Werkzeug einen Hohlraum, der dazu vorgesehen ist durch die Mold-Masse gefüllt zu werden, wobei die Füllung des Hohlraums durch das Mold-Material den späteren Körper bildet , in dem der elektrische Leiter mit seinem Zentralbereich monolithisch eingeschlossen ist .
Die Begrenzung des Hohlraums des Mold-Werkzeugs einerseits und das mit hoher Präzision definierte Positionieren des Zentralbereichs andererseits resultiert in einem induktiven Bauelement , dessen äußere Abmessungen präzise einstellbar sind und dessen Zentralbereich des elektrischen Leiters mit hoher Präzision so bestimmt ist , dass die magnetische Umgebung des elektrischen Leiters und insbesondere des Zentralbereichs mit hoher Präzision bestimmt ist .
Damit sind die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des induktiven Bauelements mit hoher Genauigkeit einstellbar, so dass ein induktives Bauelement mit präzisen elektrischen und magnetischen Eigenschaften erhalten wird und das induktive Bauelement durch einfach durchzuführende Verfahrensschritte herstellbar ist .
Es ist möglich, dass das induktive Bauelement ferner weitere erste Ausnehmungen im Körper aufweist .
Die Zahl der Ausnehmungen im Körper, d . h . der möglichen Stellen bzw . Richtungen aus denen der Zentralbereich des elektrischen Leiters während des Umgießens fixierbar ist , bestimmt die Präzision, mit der Zentralbereich einstellbar ist und den mechanischen Widerstand, den der Zentralbereich bei dem Umgießen der Vergussmasse entgegenbringen kann .
Allerdings können die Ausnehmungen, in denen der entsprechende Leiterabschnitt des elektrischen Leiters weniger Mold-Material in seiner Umgebung enthält , als Inhomogenitäten der magnetischen Umgebung des induktiven Bauelements gesehen werden . Deshalb ergibt sich im Allgemeinen für ein bestimmtes induktives Bauelement eine bestimmte Anzahl an Ausnehmungen und bestimmte Positionen für die Ausnehmungen, so dass die vorteilhaften Eigenschaften der Ausnehmungen das Fehlen des entsprechenden Materials überwiegt .
Die Tiefen der Ausnehmungen und die Breiten der Ausnehmungen sind dabei idealerweise so gewählt , dass die nötige mechanische Stabilität bei der Positionierung des Zentralbereichs ausreichend groß und die Störung der magnetischen Umgebung ausreichend klein sind .
Entsprechend ist es auch möglich, dass das induktive Bauelement weitere zweite Ausnehmungen im Körper umfasst . Dabei sind erste Ausnehmungen und zweite Ausnehmungen im Wesentlichen auf gegenüberliegenden Seiten des induktiven Bauelements angeordnet .
Durch das gegenüberliegende Anordnen der Ausnehmungen bzw . das gegenüberliegende Anordnen entsprechender Rippen im Mold- Werkzeug kann der Zentralbereich optimal während der Herstellung festgeklemmt werden, so dass eine optimale Fixierung des Zentralbereichs während des Applikation des Mold-Materials gegeben ist .
Es ist möglich, dass die Ausnehmungen eine Breite B mit 0 , 1 mm < B < mm betragen .
Entsprechend ist es möglich, dass die Ausnehmungen eine Tiefe T mit 0 , 05 mm < T < 1 , 0 mm betragen .
Es ist möglich, dass der Körper des induktiven Bauelements eine im Wesentlichen quaderförmige Form hat . Der im Wesentlichen quaderförmige Körper kann dabei Kantenlängen Kl , K2 , K3 aufweisen, die 0 , 2 mm oder mehr und 5 mm oder weniger haben .
Der Körper kann dabei - bis auf die Anschlüsse - eine Form haben, die genau einer Quaderform entspricht . Allerdings ist es oft vorteilhaft , wenn die genaue Form des Körpers leicht von einer Quaderform abweicht . So können zum Beispiel die Kanten des Quaders j eweils eine Fase aufweisen . Ferner kann der Körper eine Seitenfläche aufweisen, die asymmetrisch zu anderen Seitenflächen des Körpers ausgestaltet ist , um ein Orientieren des Bauelements , z . B . beim Verbinden mit einer Leiterplatte , zu erleichtern . Entsprechend ist es möglich, dass das induktive Element ein
SMD-Element ist .
Dazu ist es möglich, dass die Anschlüsse des induktiven Bauelements mit einer gewissen Länge aus dem Körper des Bauelements herausragen, die dazu geeignet ist , den Körper mit Leiterstrukturen auf einer Leiterplatte mechanisch und elektrisch zu verbinden . Insbesondere können die Oberflächen der Anschlüsse mit einem lotfähigen Material benetzt sein .
Es ist möglich, dass der elektrische Leiter eine Induktivität I aufweist , wobei die Induktivität I > 5 nH und < 100 pH sein kann .
Es ist möglich, dass das induktive Element eine Oberseite und eine Unterseite aufweist , wobei die Unterseite der oben beschriebenen gegenüberliegt . Das Bauelement kann dabei vier Ausnehmungen an der Oberseite und zwei Ausnehmungen an der Unterseite aufweisen . Insbesondere die vier Ausnehmungen an der Oberseite können auf j eweils eine Seite einer im Wesentlichen rechteckigen Grundfläche angeordnet sein .
Entsprechend ist es auch bevorzugt , wenn die zwei Ausnehmungen an der Unterseite an gegenüberliegenden Seiten des im Wesentlichen quaderförmigen Körpers angeordnet sind .
Es ist möglich, dass der Körper eine magnetische Permeabilität P aufweist , wobei die magnetische Permeabilität P größer oder gleich 2 H/m und kleiner oder gleich 100 H/m ist . Es ist möglich, dass der Körper des induktiven Bauelements einen Kunststof f umfasst , wobei der Kunststof f mit einem magnetischen Material gefüllt ist .
Als Materialien für den Kunststof f und als Materialien für die magnetischen Füllungen kommen Materialien in Frage wie z . B . Ferrite oder Eisenlegierungen für das magnetische Material , das als Füllstof f in die Kunststof fmatrix eingemischt ist .
Umfasst der Körper ein Mold-Material , kann das Mold-Material ein Kunstharz , z . B . ein Epoxy umfassen oder daraus bestehen .
Es ist möglich, dass der elektrische Leiter ein Material umfasst oder aus einem Material besteht , das ausgewählt ist aus Kupfer ( Cu) , Silber (Ag) , Gold (Au) und Aluminium (Al ) .
Im Zentralbereich kann zumindest ein Abschnitt des elektrischen Leiters durch die Ausnehmung sichtbar sein .
Ein entsprechendes Mold-Werkzeug zum Herstellen eines induktiven Bauelements wie oben beschrieben kann dabei einen Zugang und eine Rippe umfassen .
Der Zugang dient dabei dazu, während des Herstellungsverfahrens als Öf fnung zum Hinzugeben des Mold- Materials zu dienen . Die Rippe dient als Auflage und zum Fixieren des Zentralbereichs des elektrischen Leiters , so dass diese am fertigen Bauelement mit hoher Präzision an seiner vorgesehenen Position angeordnet ist .
Es ist ferner möglich, dass das Mold-Werkzeug einen unteren Teil und einen oberen Teil aufweist . Dabei kann der untere Teile zwei Rippen und der obere Teil vier Rippen - oder umgekehrt - aufweisen . Die Rippen dienen dazu, den Zentralbereich in seiner Position während des Vergießens zu halten und of fenbaren sich später als die Ausnehmungen im fertigen induktiven Bauelement .
Weiterhin kann das Mold-Werkzeug Seitenwände aufweisen, die einen Hohlraum, in dem der Zentralbereich des Leiters angeordnet werden kann, aufweisen, wobei die Seitenwände die späteren äußeren Oberflächen des späteren Bauelements definieren .
Ein Verfahren zum zentrierten Einbetten eines Zentralbereichs eines elektrischen Leiters kann dabei die Schritte :
- Bereitstellen eines Mold-Werkzeugs mit einem Zugang und einer Rippe ,
- Bereitstellen des elektrischen Leiters ,
- Positionieren des Zentralbereichs an der Rippe ,
- Umhüllen des Zentralbereichs durch Pressen einer Mold-Masse durch den Zugang umfassen .
Die Mold-Masse kann einen Körper bilden, in dem der Zentralbereich des elektrischen Leiters eingeschlossen ist , wobei die Mold-Masse ein Volumen der Rippe nicht einnimmt , so dass an der Position der Rippe eine Ausnehmung in dem Körper bildet .
Durch die Verwendung des beschriebenen Mold-Werkzeugs und durch Anwenden von Schritten des beschriebenen Verfahrens wird ein induktives Bauelement erhalten, dessen Zentralbereich des elektrischen Leiters mit hoher Präzision zentriert angeordnet ist , so dass präzise definierte Materialstärken an den Seitenwänden zwischen den Zentralbereich und des äußeren Oberflächen des Körpers erhalten wird . Damit wird ein leicht herzustellendes induktives Bauelement mit präzise definierten elektrischen und magnetischen Eigenschaften erhalten .
Funktionsprinzipien und Details von bevorzugten
Aus führungs formen werden anhand der schematischen Figuren näher erläutert .
Es zeigen :
Figur 1 : eine perspektivische Ansicht eines induktiven Bauelements ,
Figur 2 : eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Bauelements ,
Figur 3 : eine perspektivische Ansicht des elektrischen Leiters , der im Körper des Bauelements angeordnet ist ,
Figur 4 : einen auf geschnittenen Körper eines induktiven Bauelements , das die Position die elektrischen Leiters anzeigt ,
Figuren 5 und 6 : aus unterschiedlichen Richtungen gezeigte perspektivische Ansichten der Lage des elektrischen Leiters in Inneren des Körpers ,
Figuren 7 bis 10 : Seitenansichten eines induktiven
Bauelements mit Größenangaben einer bevorzugten
Aus führungs form, Figur 11 : eine perspektivische Ansicht eines Mold-Werkzeugs mit Zugängen zum Appli zieren des Mold-Materials ,
Figur 12 : einen Querschnitt durch die Anordnung von Mold- Werkzeug und Mold-Material mit Größenangaben einer bevorzugten Aus führungs form .
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines induktiven Bauelements IB mit einem Körper K und einem ersten Anschluss AN1 und einem zweiten Anschluss AN2 . Der Körper K hat eine im Wesentlichen quaderförmige Form und eine Oberseite 0. An der Oberseite 0 sind vier Ausnehmungen AU angeordnet , wobei die Ausnehmungen AU an den vier Kanten der Oberfläche so angeordnet sind, dass sich j eweils zwei Ausnehmungen AU einander gegenüberliegen . In der perspektivischen Ansicht ist erkennbar, dass auch an der Unterseite zumindest an der Seitenfläche die in der perspektivischen Ansicht den Betrachter zugewandt ist eine Ausnehmung angeordnet ist .
Die Anschlüsse AN1 , AN2 liegen auf gegenüberliegenden Seiten des im Wesentlichen quaderförmigen Körpers K . Dazwischen ist der Zentralbereich angeordnet , von dem zumindest einen Abschnitt des elektrischen Leiters EL durch die Ausnehmung AU sichtbar ist .
An seinen Kanten hat der im Wesentlichen quaderförmige Körper K eine Fase F . Diese abgeschrägte Fläche verringert Grate und kann die weitere Montage vereinfachen .
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des induktiven Bauelements IB so , dass dem Betrachter die Unterseite U zugewandt ist . Dabei ist auch zu sehen, dass der im Wesentlichen quaderförmige Körper K anstelle einer Kante eine Orientierungs fläche OF aufweist , die durch die Symmetriebrechung ein Orientieren des Bauelements IB vereinfacht .
An der Unterseite U des Bauelements IB sind zwei Ausnehmungen A an gegenüberliegenden Seiten des im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörpers K vorhanden .
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des elektrischen Leiters EL, bei dem der Zentralbereich ZB Windungen einer Spule enthält , die elektrische in Reihe zwischen dem ersten Anschluss AN1 und dem zweiten Anschluss AN2 verschaltet sind . Die Anschlüsse AN1 , AN2 dienen zur Verschaltung des induktiven Bauelements mit einer externen Schaltungsumgebung . Die Form des Leiters EL im Zentralbereich ZB bestimmt im Wesentlichen die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des induktiven Bauelements .
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines induktiven Bauelements IB mit einem Schnitt durch den Körper K, so dass die Lage des elektrischen Leiters im Innern des Körpers K erkennbar ist .
Die Figuren 5 und 6 wiederum zeigen die vollständige Lage des elektrischen Leiters EL im Innern des induktiven Bauelements und die entsprechenden Lagen der Ausnehmungen aus verschiedenen Blickrichtungen . So blickt der Betrachter auf die Unterseite des Bauelements in Figur 5 und auf die Oberseite 0 des Bauelements in Figur 6 .
Figur 7 zeigt eine Seitenansicht eines induktiven Bauelements mit einer Gesamthöhe in vertikaler Richtung des Bauelements in Höhe von 1 mm, wobei die tatsächliche Höhe um 0,03 mm variieren kann.
Figur 8 zeigt ein entsprechendes Bauelement in einer Oberseitenansicht, wobei das Bauelement eine Länge von 2 ± 0,03 mm aufweist und das Bauelement eine Breite von 1, 65 ± 0,03 mm aufweist. Die Orientierungsfläche hat dabei eine Kante, die 0,3 mm von der zugehörigen Seitenwand des Bauelements entfernt ist, wobei die Orientierungsfläche zusammen mit einer Seitenfläche einen Winkel von 45° einschließt .
Figur 9 zeigt eine mögliche Dimensionierung der Ausnehmungen an der Oberseite. So können vier Ausnehmungen vorgesehen sein, wobei jede Ausnehmung an der Oberseite eine Breite von 0,2 ± 0,02 mm aufweist.
Figur 10 zeigt die mögliche Dimensionierung einer Ausnehmung an der Unterseite. So existieren an der Unterseite zwei Ausnehmungen, die ebenfalls eine Breite von 0,2 ± 0,02 mm aufweisen .
Figur 11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Mold- Werkzeugs MW, das Zugänge Z aufweist, die als Löcher ausgebildet sind. Uber die Zugänge Z kann die Vergussmasse in den dahinterliegenden Hohlraum mit einem entsprechenden Druck so gepresst werden, dass eine vollständige Füllung des Hohlraums erhalten wird, ohne dass der Zentralbereich des elektrischen Leiters von seiner bevorzugten Position weggedrückt wird.
Figur 12 zeigt einen Querschnitt und die Anwesenheit der
Rippe R während des Vergießens, die den Zentralbereich an seiner Position hält , und an deren Position die spätere
Ausnehmung positioniert sein wird, da die Mold-Masse das
Volumen der Rippe R nicht einnehmen kann .
Bezugszeichenliste
AN: AN1, AN2 : Anschluss, erster, zweiter Anschluss
AU: Ausnehmung, Kerbe
B, T: Breite, Tiefe einer Ausnehmung
EL: elektrischer Leiter
F: Fase
IB: induktives Bauelement
K: Körper
MW: Mold-Werkzeug
0: Oberseite
OF: Orientierungsfläche
R: Rippe, Lamelle
SP: Spule
U: Unterseite
MW: Mold-Werkzeug
ZB: Zentralbereich
Z : Zugang

Claims

Patentansprüche
1. Induktives Bauelement (IB) , umfassend
- einen elektrischen Leiter (EL) mit einem ersten Anschluss (Al) , einem zweiten Anschluss (A2) und einem Zentralbereich (ZB) , der elektrisch zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angeordnet ist,
- einen Körper (K) , in dem der Zentralbereich angeordnet ist, wobei
- der Zentralbereich im Körper zentriert ist und
- der Körper eine erste oder mehrere, nach außen geöffnete Ausnehmung ( en) (A) aufweist.
2. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Leiter im Zentralbereich zu einer oder mehreren Spule (n) (SP) geformt ist.
3. Induktives Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Körper ein Mold-Material enthält oder aus einem Mold- Material besteht.
4. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Zentralbereich im Körper eingebettet ist.
5. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Körper eine zweite oder mehrere zweite, nach außen geöffnete Ausnehmung ( en) enthält, die den ersten Ausnehmungen so gegenüberliegend am Körper angeordnet ist, dass der Zentralbereich zwischen den ersten und den zweiten Ausnehmung angeordnet ist.
6. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend weitere erste Ausnehmungen im Körper.
7. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend weitere zweite Ausnehmungen im Körper, wobei jeweils erste und zweite Ausnehmungen an gegenüberliegenden Seiten des Körpers angeordnet sind.
8. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Ausnehmungen eine Breite B mit 0,1 mm < B < 1,0 mm betragen.
9. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Ausnehmungen eine Tiefe T mit 0,05 mm < T < 1,0 mm betragen.
10. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Körper eine im Wesentlichen quaderförmige Form mit Kantenlängen Kl, K2, K3 mit 0,2 mm < Kl, K2, K3 < 5 mm hat.
11. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, das ein SMD-Element ist.
12. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der elektrische Leiter eine Induktivität I aufweist und 5 nH < I < 100 pH.
13. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche mit einer Oberseite und einer gegenüberliegenden Unterseite und 1, 2, 3 oder 4 Ausnehmungen an der Oberseite und 1, 2, 3 oder 4 Ausnehmungen an der Unterseite.
14. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Körper eine magnetische Permeabilität P mit 2 H/m < P < 100 H/m aufweist.
15. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Körper einen Kunststoff, gefüllt mit einem magnetischen Material, umfasst.
16. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der elektrische Leiter ein Material umfasst oder aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus Cu, Ag , Au , Al .
17. Induktives Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Zentralbereich (ZB) zumindest einen Abschnitt des elektrischen Leiters (EL) durch die Ausnehmung (A) sichtbar ist .
18. Mold-Werkzeug zum Herstellen eines induktiven Bauelements nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen Zugang (Z) und eine Rippe (R) .
19. Mold-Werkzeug nach dem vorherigen Anspruch, umfassend einen unteren Teil, einen oberen Teil, 1, 2, 3 oder 4 Rippen am unteren Teil und 1, 2, 3 oder 4 Rippen am oberen Teil.
20. Verfahren zum zentrierten Einbetten eines Zentralbereichs eines elektrischen Leiters, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Mold-Werkzeugs mit einem Zugang und einer Rippe,
- Bereitstellen des elektrischen Leiters,
- Positionieren des Zentralbereichs an der Rippe, - Umhüllen des Zentralbereichs durch Pressen einer Mold-Masse durch den Zugang.
21. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Mold-Masse einen Körper bildet, in dem der Zentralbereich (ZB) des elektrischen Leiters (EL) eingeschlossen ist, wobei die Mold-Masse ein Volumen der Rippe (R) nicht einnimmt, so dass an der Position der Rippe (R) eine Ausnehmung (A) in dem Körper bildet.
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