專利名稱：平面變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一個(gè)制作在一塊電路板上的變壓器，特別是涉及一個(gè)制作在一塊電路板上的平面變壓器。術(shù)語(yǔ)平面變壓器在本文中指的是一種變壓器結(jié)構(gòu)，其中諸繞組通過(guò)用基本上是平面的諸導(dǎo)電圖樣制成。這些導(dǎo)電圖樣中至少有二個(gè)彼此疊在一起，并使在二個(gè)相繼的導(dǎo)電層之間有一個(gè)絕緣層。
本發(fā)明特別地涉及制作在一個(gè)電子設(shè)備的電路板上的諸電源。電路板典型的包括大量的其它電路，并有安置在電路板上的電源為所說(shuō)的諸電路提供電壓。這些電源的功率典型地是2到100W。由有諸分機(jī)架的諸電信設(shè)備形成的一個(gè)工作環(huán)境常常包括若干個(gè)平行的電路板，它們中的每一個(gè)都需要一個(gè)分開(kāi)的電源。
在安置在一個(gè)電路板上的諸電源電路中，它們典型地是諸開(kāi)關(guān)模式的電源。傳統(tǒng)地將諸平面變壓器制成諸離散的部件，其中例如，從銅板或銅箔制造的諸薄的繞組平片和諸絕緣體箔交替地堆積成一個(gè)堆疊，在其周圍加上一個(gè)鐵氧體芯子。這類傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是它的價(jià)格高，制造諸層和將它們堆積成一個(gè)堆疊，并給部件裝配上和用于聯(lián)接到電路板的諸導(dǎo)體使得單個(gè)變壓器的價(jià)格變得很高。
在諸新的變壓器中，其中將諸變壓器繞組集成在已經(jīng)將電源制成在其上的同一塊電路板上，已經(jīng)消除了這個(gè)缺點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)如

圖1所示，圖1表示出一塊多層電路板PCB1的四個(gè)導(dǎo)電層A到D，在每個(gè)導(dǎo)電層上都已制成希望的繞組圖樣WP1到WP4。這些繞組圖樣一起形成一個(gè)變壓器的諸繞組(初級(jí)和次級(jí)繞組)。在圖中所示的例子中，由有一個(gè)E形剖面的二個(gè)鐵氧體塊F1和F2形成變壓器芯子。對(duì)于諸鐵氧體，電路板包括諸孔H1到H3，它們?cè)贓形塊諸臂的位置穿通電路板。將諸鐵氧體塊從電路板的二個(gè)相對(duì)的方面推入這些孔中，從而使它們彼此相對(duì)地安裝在諸孔中，使得E形塊諸臂的諸端表面彼此相對(duì)地安裝。此后，通過(guò)用一個(gè)適當(dāng)?shù)臋C(jī)械鎖定件將諸鐵氧體塊固定在電路板上。
然而，這樣一個(gè)已經(jīng)被集成在電路板上的結(jié)構(gòu)有諸電流容限和效率的問(wèn)題，這些問(wèn)題是由這樣一個(gè)事實(shí)即變壓器的結(jié)構(gòu)，特別是諸繞組層的厚度和數(shù)量與已在其上制成電源的電路板有關(guān)引起的?，F(xiàn)在一個(gè)多層電路板的層厚度當(dāng)考慮到需要從電源取得的功率時(shí)已經(jīng)過(guò)度地薄了(典型的是35μm)，我們可以預(yù)期層的厚度將進(jìn)一步減小。在這種結(jié)構(gòu)中，諸導(dǎo)體不可避免地變得非常薄，這造成在電源中的低效率，特別當(dāng)使用高功率時(shí)如此。
這些問(wèn)題可以通過(guò)用一種變壓器結(jié)構(gòu)來(lái)解決，在該變壓器結(jié)構(gòu)中將諸變壓器繞組的一部分制作在一塊分開(kāi)的基片上(一塊電路板)，將該基片放在其上制作有諸變壓器繞組的其它部分和諸余下的部件(其中包括電源)的電路板(母板)上。這種解決辦法，例如，已經(jīng)在美國(guó)專利5,321,380和EP專利申請(qǐng)318,955中提出來(lái)了。通過(guò)使用這種基本結(jié)構(gòu)，例如，可以將次級(jí)繞組放在在一塊分開(kāi)的基片上，因?yàn)橥ǔＴ诖渭?jí)繞組中的電流比在初級(jí)繞組中的高。
然而，這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是使變壓器匯集在母板上包括若干個(gè)加工階段，它們和用于將諸其它的部件放在和焊接在母板上的自動(dòng)制造過(guò)程是不相容的。因此，將變壓器匯集在母板上需要的諸加工階段引入母板的制造過(guò)程使母板的制造變得更加困難了。
本發(fā)明的目的是為了消除上述的諸缺點(diǎn)和產(chǎn)生一種變壓器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)(a)仍然保持作為上述的已知的集成在電路板上的結(jié)構(gòu)的特征的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，(b)沒(méi)有上述的諸電流容限和效率的問(wèn)題，(C)與母板的自動(dòng)制造過(guò)程是完全相容的。
通過(guò)用如在獨(dú)立權(quán)利要求中定義的一個(gè)變壓器結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)目的。
本發(fā)明的思想是在一塊補(bǔ)充的電路板的一塊分開(kāi)的板上(在一塊分開(kāi)的基片上)基本上作為一個(gè)整體制作一個(gè)平面變壓器的諸繞組(諸初級(jí)和次級(jí)繞組)。在這種方式中，能夠不失去上述的諸優(yōu)點(diǎn)，從一塊補(bǔ)充的電路板和從一個(gè)變壓器芯子形成一個(gè)變壓器部件，該變壓器部件能夠以和所有的其它部件相同的方式自動(dòng)地被安裝在母板上，并通過(guò)用和諸其它部件相同的技術(shù)將它加到母板上。
因?yàn)橐粋€(gè)這種平面變壓器的制作與在其上制作電源及由這個(gè)電源供電的諸電路的電路板無(wú)關(guān)，所以在變壓器的制作中能夠用一塊電路板，其中層的厚度和諸層的數(shù)量?jī)H對(duì)由電源設(shè)置的諸要求進(jìn)行最佳化(而在電路板上的諸其它電路沒(méi)有對(duì)電路板設(shè)置諸要求)。在這種方式中，可以自由地選擇有一個(gè)厚度大于母板厚度的層的電路板，并且在該電路板中層的數(shù)量大于在母板中的數(shù)量。當(dāng)用根據(jù)本發(fā)明的解決辦法時(shí)，例如能夠通過(guò)用一塊多層電路板，其中，例如，銅的厚度為150μm和層的數(shù)量為10，制成平面變壓器的諸繞組。
現(xiàn)在我們將參照在所附的諸圖中的圖2a到7中所示的諸例子對(duì)本發(fā)明和它的諸優(yōu)先實(shí)施例進(jìn)行描述；其中圖1說(shuō)明一個(gè)普通的在一塊多層電路板上制作一個(gè)平面變壓器的方法，圖2a說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明在一塊母板上安裝一個(gè)變壓器部件的方法，圖2b是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)平面變壓器裝置的一個(gè)側(cè)視圖，圖3是在圖2b中沿直線A-A取的平面變壓器裝置的一個(gè)橫截面圖，圖4說(shuō)明一個(gè)補(bǔ)充電路板塊的一個(gè)優(yōu)先實(shí)施例，圖5說(shuō)明將一個(gè)補(bǔ)充電路板塊的諸導(dǎo)電層加到連接表面上的情形，圖6a說(shuō)明從上面俯視時(shí)的平面變壓器裝置，而諸補(bǔ)充電路板塊有圖4所示的型式，圖6b對(duì)應(yīng)于當(dāng)從母板移去平面變壓器部件時(shí)圖6的樣子，和圖7表示一塊根據(jù)本發(fā)明用于制作諸補(bǔ)充電路板塊的電路板。
圖2a和2b表示從側(cè)面觀看時(shí)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)平面變壓器裝置，圖2a說(shuō)明在電路板(母板)上安裝變壓器部件的方法，圖2b表示當(dāng)變壓器部件位在電路板中時(shí)的情形。圖3是沿圖2b的直線A-A取的平面變壓器裝置的一個(gè)橫截面圖。
根據(jù)本發(fā)明，在一塊分開(kāi)的電路板PCB2上作為一個(gè)整體制作諸變壓器繞組(即諸初級(jí)和次級(jí)繞組)，在它們的周圍加上形成變壓器芯子的二個(gè)鐵氧體塊F1和F2。在這個(gè)補(bǔ)充的電路板塊的中間已經(jīng)形成了一個(gè)孔(H4，圖4和7)和諸鐵氧體塊F1及F2，它們形成變壓器芯子而且它們，例如，有E形剖面，被安置在補(bǔ)充電路板塊的周圍，使得對(duì)應(yīng)的諸E形塊臂彼此相對(duì)的安置。在這種情形中，將中間的諸臂穿過(guò)補(bǔ)充電路板塊中的孔推進(jìn)。補(bǔ)充電路板塊和諸鐵氧體塊的尺寸是這樣的，使得補(bǔ)充電路板塊外邊緣和鐵氧體塊的諸外臂的諸內(nèi)表面相配地進(jìn)入。通過(guò)用一個(gè)適當(dāng)?shù)姆椒▽⒅T鐵氧體塊彼此鎖定，因而形成一個(gè)分開(kāi)的變壓器部件。在圖2a中，這個(gè)部件由參照符號(hào)PT表示。將這個(gè)變壓器部件(按照?qǐng)D2a中的箭頭A1)裝入在母板PCB1上形成的孔H′中。該孔的尺寸基本上和變壓器芯子的尺寸相對(duì)應(yīng)，因而補(bǔ)充電路板塊的部分的下表面，它留在變壓器芯子的外面，被安置得和母板的上表面相對(duì)?？譎′由圖2a中的諸虛線表示。
起母板作用的電路板PCB1可以是，例如，一塊圖1所示的那種類型的多層電路板。然而，母板不包括平面變壓器的諸繞組，而是包括諸部件(由參照符號(hào)CC表示)和屬于制作在母板上的電路的諸導(dǎo)電圖樣。
位在補(bǔ)充電路板塊上的諸繞組是用和按照?qǐng)D1的已知解決辦法相同的方法制成的。關(guān)于用來(lái)將諸不同層的諸導(dǎo)電圖樣彼此連接起來(lái)(并聯(lián)或串聯(lián))的方法，在每一層中的諸匝數(shù)，哪些層形成初級(jí)繞組和哪些層形成次級(jí)繞組的諸問(wèn)題能以和具體情形有關(guān)的諸不同的方式產(chǎn)生完全不同的結(jié)果，在這里沒(méi)有予以說(shuō)明。
圖4表示補(bǔ)充電路板塊PCB2的一個(gè)透視圖，在該補(bǔ)充電路板塊中根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例已經(jīng)完成了到母板的諸連接。該補(bǔ)充電路板塊優(yōu)先地是從一個(gè)其頂層繞組圖樣是由參照符號(hào)WP′表示的多層電路板形成的。已經(jīng)在該補(bǔ)充電路板塊的外邊緣上做了幾個(gè)凹入部分R，它們基本上是有一個(gè)涂復(fù)金屬的表面的半圓形。如后面所描述的，例如，能夠通過(guò)首先在電路板中鉆出或切割出諸通常的讓導(dǎo)線通過(guò)的孔，然后在讓導(dǎo)線通過(guò)的孔(lead-through)的中間切割電路板來(lái)制造這種連接。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)附加的優(yōu)先實(shí)施例，補(bǔ)充電路板塊的每個(gè)導(dǎo)電層都包括一個(gè)連接到凹入部分R中的金屬層的導(dǎo)電圖樣，并從凹入部分至少擴(kuò)展某個(gè)距離。這個(gè)導(dǎo)電圖樣優(yōu)先地是所討論的層的繞組圖樣，但是它也可以是一個(gè)和該繞組圖樣分開(kāi)的導(dǎo)電圖樣，特別是在繞組圖樣不到達(dá)凹入部分的諸層中是如此，但是，例如，通過(guò)一個(gè)普通的讓導(dǎo)線通過(guò)的孔擴(kuò)展到附近的導(dǎo)電層。上述的這種實(shí)施例如圖5所示，它表示在凹入部分R(沿圖4中的直線B-B)的補(bǔ)充電路板塊PCB2的一個(gè)橫截面。在圖5的例子中，三個(gè)最上面的導(dǎo)電層(WP1到WP3)的諸導(dǎo)電圖樣形成次級(jí)繞組，而二個(gè)最下面的導(dǎo)電層(WP4和WP5)的諸導(dǎo)電圖樣形成初級(jí)繞組。次級(jí)繞組的諸導(dǎo)電圖樣連接到凹入部分R中的金屬涂層，但是因?yàn)槌跫?jí)繞組的諸導(dǎo)電圖樣連接到另一個(gè)凹入部分，所以這些層包括一個(gè)分開(kāi)的連接到凹入部分中的金屬涂層的導(dǎo)電圖樣(P1和P2)。通過(guò)用這種解決辦法，可以保證凹入部分中的金屬涂層不會(huì)破裂松馳。連接到凹入部分中的金屬涂層的導(dǎo)電圖樣也可以是一個(gè)如圖4所示的那種金屬化的連接區(qū)域CA。這種連接區(qū)域能夠同時(shí)將所討論的層的繞組圖樣連接到連接表面。因此每層都能有這種連接區(qū)域，而不管所討論的層的實(shí)際的繞組圖樣是否達(dá)到連接表面。能夠通過(guò)將一個(gè)有一個(gè)金屬涂層的額外的讓導(dǎo)線通過(guò)的孔加到該結(jié)構(gòu)上，該金屬涂層在每個(gè)導(dǎo)電層上被連接到凹入部分中的金屬涂層，進(jìn)一步保證在凹入部分中的金屬涂層的連接。
圖6a說(shuō)明當(dāng)從頂部觀看時(shí)上述類型的一個(gè)平面變壓器裝置。諸連接凹入部分R可以位在沿著補(bǔ)充電路板塊的邊緣的任何一點(diǎn)上，除了被變壓器芯子復(fù)蓋的區(qū)域外。圖6b和圖6a中的圖對(duì)應(yīng)，除了在圖6b中已將變壓器部件PT從母板PCB1移去。如在圖6b中所能看到的，母板包括一個(gè)和變壓器芯子對(duì)應(yīng)的孔H′，變壓器部件就插入這個(gè)孔中，和在凹入部分R的母板的諸繞組圖樣M_WP的諸連接區(qū)域CP，將諸連接的凹入部分焊接到這些區(qū)域。(母板的諸導(dǎo)電圖樣如圖6a的諸虛線所示。)通過(guò)將平面變壓器的諸繞組作為一個(gè)整體放在一塊分開(kāi)的電路板上，可以產(chǎn)生能以和母板的諸其它部件(CC)相同的方式自動(dòng)地安裝在母板上的諸變壓器部件。通過(guò)進(jìn)一步用諸連接凹入部分R裝備諸補(bǔ)充的電路板塊，可以產(chǎn)生能容易地和廉價(jià)地制造出來(lái)的諸連接，并且，例如，當(dāng)在和將所有的其它部件焊接在母板上相同的過(guò)程中，通過(guò)用已知的回流焊工藝能將諸變壓器部件焊接到這些連接上。在這種方式中，對(duì)于變壓器來(lái)說(shuō)，不需要諸額外的部件，如諸附加的引線等，這些額外的部件需要諸附加的加工階段并使價(jià)格增加。根據(jù)本發(fā)明的解決辦法還有附加的優(yōu)點(diǎn)，即容易在母板上制成諸導(dǎo)電的路徑，因?yàn)闆](méi)有諸繞組妨礙這樣做。
圖7說(shuō)明一個(gè)可能的制諸電路板塊的方法。一塊大的多層電路板PCB3(只畫出了它的一部分)沿長(zhǎng)度方向分成諸部分，在每個(gè)部分中都準(zhǔn)備了諸補(bǔ)充電路板塊需要的諸繞組圖樣WP和諸涂復(fù)金屬的連接凹入部分，諸部分被例如，通過(guò)鉆孔或切割形成的諸孔眼彼此分開(kāi)，從而以后能使諸補(bǔ)充電路板塊通過(guò)彎折從電路板PCB3脫離開(kāi)來(lái)。也能夠通過(guò)諸孔眼鉆孔或切割形成諸直徑較大的讓導(dǎo)線通過(guò)的孔T，以后產(chǎn)生諸連接凹入部分R。
盡管根據(jù)所附的諸圖參考諸例子在上面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是很明顯本發(fā)明不限于這些例子，并能根據(jù)一位熟練的技術(shù)人員的諸能力以許多方式加以變化。雖然上述的方法因?yàn)椴恍枰魏畏珠_(kāi)的機(jī)械連接是優(yōu)先的，但在原理上，可以通過(guò)用某種其它的方法，例如，通過(guò)粘結(jié)將變壓器部件加到母板上。又，能用許多方法，例如，用在補(bǔ)充電路板塊上形成的諸讓導(dǎo)線通過(guò)的孔來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器到母板的電連接(沒(méi)有諸分開(kāi)的連接器)。然而，就有關(guān)的制造問(wèn)題來(lái)說(shuō)，位在補(bǔ)充電路板塊的外部邊緣上的諸涂復(fù)金屬的凹入部分是一個(gè)優(yōu)先的(簡(jiǎn)單的)選擇。此外，用于變壓器的諸鐵氧體的諸剖面能夠發(fā)生變化。從一個(gè)通常的雙面電路板制造諸補(bǔ)充電路板塊也是可能的，如果這對(duì)于討論中的應(yīng)用是可行的話。自然地，也可以將變壓器裝置用于和對(duì)諸電源的應(yīng)用不同的諸應(yīng)用中。
權(quán)利要求
1．一個(gè)用于位在一塊電路板上的一個(gè)電路的平面變壓器裝置，該裝置包括-一個(gè)第一塊電路板(PCB1)，在它的上面已經(jīng)制成了所說(shuō)的電路，-一個(gè)補(bǔ)充電路板塊(PCB2)，-一個(gè)初級(jí)繞組，它至少包括一個(gè)在一塊電路板上形成的基本上平面的繞組圖樣，-一個(gè)次級(jí)繞組，它至少包括一個(gè)在一塊電路板上形成的基本上平面的繞組圖樣，和-一個(gè)變壓器芯子(F1,F2)，它至少部分地圍繞諸初級(jí)和次級(jí)繞組，該裝置的特征在于初級(jí)和次級(jí)繞組二者都是在所說(shuō)的補(bǔ)充電路板塊(PCB2)上形成的。
2．如權(quán)利要求1所述的一個(gè)平面變壓器裝置，該裝置的特征在于將變壓器芯子(F1,F2)加到補(bǔ)充電路板塊(PCB2)上，因此變壓器芯子和補(bǔ)充電路板塊一起形成一個(gè)單獨(dú)的平面變壓器部件(PT)，和-已經(jīng)在第一塊電路板(PCB1)上形成和變壓器芯子對(duì)應(yīng)的一個(gè)孔(H′)，已經(jīng)將平面變壓器部件(PT)插入到該孔中。
3．如權(quán)利要求2所述的一個(gè)平面變壓器裝置，該裝置的特征在于從一塊多層電路板制造補(bǔ)充電路板塊，該補(bǔ)充電路板塊的外邊緣的特征是至少有一個(gè)涂復(fù)金屬的表面的凹入部分，在凹入部分將補(bǔ)充電路板塊電連接到第一塊電路板。
4．如權(quán)利要求3所述的一個(gè)平面變壓器裝置，該裝置的特征在于凹入部分基本上是半圓形的。
5．如權(quán)利要求3所述的一個(gè)平面變壓器裝置，該裝置的特征在于補(bǔ)充電路板塊的每個(gè)導(dǎo)電層都包括一個(gè)連接到凹入部分(R)的金屬涂層的導(dǎo)電圖樣。
6．如權(quán)利要求5所述的一個(gè)平面變壓器裝置，該裝置的特征在于導(dǎo)電圖樣(P1,P2)和所討論的層的繞組圖樣是電隔離的。
7．如權(quán)利要求5所述的一個(gè)平面變壓器裝置，該裝置的特征在于導(dǎo)電圖樣(CA)和繞組圖樣一起形成一個(gè)連續(xù)的導(dǎo)電圖樣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個(gè)用于位在一塊電路板上的一個(gè)電路的平面變壓器裝置。該裝置包括(a)一個(gè)第一塊電路板(PCB1)，在它的上面已經(jīng)制成了所說(shuō)的電路，(b)一個(gè)補(bǔ)充電路板塊(PCB2)，(c)一個(gè)初級(jí)繞組，它至少包括一個(gè)在一塊電路板上形成的基本平面的導(dǎo)電圖樣，(d)一個(gè)次級(jí)繞組，它至少包括一個(gè)在一塊電路板上形成的基本平面的導(dǎo)電圖樣，和(e)一個(gè)變壓器芯子(F1，F(xiàn)2)，它至少部分地圍繞諸初級(jí)和次級(jí)繞組。為了產(chǎn)生一個(gè)不貴的但是有效的適用于一個(gè)自動(dòng)制造過(guò)程的變壓器結(jié)構(gòu)，已經(jīng)在補(bǔ)充電路板塊(PCB2)上既形成初級(jí)繞組又形成次級(jí)繞組。
文檔編號(hào)H01F27/28GK1227660SQ97197246
公開(kāi)日1999年9月1日 申請(qǐng)日期1997年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月10日
發(fā)明者戈斯塔·巴爾曼, 塞波·佩爾科寧 申請(qǐng)人:諾基亞電信公司