专利名称：一种集成变压器和电容的装置及制造方法
技术领域：
本发明涉及电学技术领域，特别涉及一种集成变压器和电容的装置及制造方法。
技术背景
集成变压器和电容的装置在电学相关的各领域有广泛的应用，例如在数字用户线技术(X Digital Subscriber Line，xDSL)应用中，由于需要兼容低频段的普通老式电话业务(Plain old telephone service, POTS)和综合业务数字网 integrated Services Digital Network, ISDN)业务，实现与原有业务在一对双绞线上同时传输，因此每个端口均需要一个由变压器和电容组成的高通滤波器
高通滤波器的一种典型的实现方式，如图1所示，包含一个变压器Tl和2个电容 C1、C2，其中C2为芯片侧，Cl为线路侧。其中图1所示的编号1 8为8个引脚，变压器Tl 的初级(编号1、4引脚)连接到双绞线上，中间抽头(编号2、3引脚)接电容Cl ；变压器的次级(编号5、8引脚)连接到DSL芯片上，中间抽头(编号6、7脚)接电容C2。其中，接电源的线圈叫原线圈也叫初级线圈，简称为初级；接负载的线圈叫副线圈也叫次级线圈，简称为次级；抽头是指在线圈中接出的一个或若干个接头，接在电路中，每个接头所对应的线圈的匝数不一样，进而能满足一个电路中对电感的不同的要求。
C1、C2及变压器的参数变化会影响到xDSL的混合电路的回波性能，因此对这几个器件的精度要求较高，Cl 一般采用薄膜电容，须能承受浪涌等异常线路电压，耐压要求高； C2在变压器的次级，耐压要求较低，一般采用薄膜电容或具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。
变压器、薄膜电容这些无源器件的高度较高，占地面积大，制约了产品电路板的高密布局及小型化发展。降低电路板上电感、电容、变压器等无源器件的占地面积，成为实现产品电路板高密布局的关键措施。基于这样的需求，提出了采用柔性电路板实现的包含电感禾口或电容的(electromagnetic electromagnetic capacitance,LLC) i皆振变换器中无源元件集成结构。
包含LLC谐振变换器中无源元件集成结构，是一种基于柔性电路板加工技术制作的柔性带材。柔性带材可弯曲缠绕，缠绕在磁芯上实现电感功能的同时集成有电容特性。其柔性带材由绝缘层1、铜箔1、绝缘介质层、铜箔2和绝缘层2迭置构成。
发明人在实现本发明实施例的过程中发现由于集成电容两极都是铜箔，当介质薄膜被大电流击穿时就会出现短路，从而导致电路板、产品模块起火烧毁或者电击危及人身安全，不符合产品应用的安规要求。发明内容
本发明实施例提供了一种符合产品应用安规要求的集成变压器和电容的装置及制造方法。
一种集成变压器和电容的装置，包括
构成变压器的闭合磁路的第一磁芯(101)和第二磁芯(102)，所述闭合磁路的磁芯柱上套有至少一个筒状柔性绕组(103)；筒状柔性绕组(103)由片材绕制得到，所述片材包含至少两个导体层(1301)，两个导体层(1301)之间包含绝缘介质层(1302)、绝缘层(1304)、具有瞬间自我恢复特性的金属层(130 ；所述金属层(130 位于绝缘介质层(130 与绝缘层(1304)之间，绝缘层(103 的一侧紧贴有金属层(1034)另一侧紧贴有导体层(1031)，所述紧贴在绝缘层 (1033)两侧的金属层(1034)和导体层(1031)并联；各导体层(1301)分别设置有焊盘(104)。一种集成变压器和电容的装置的制造方法，包括制作筒状柔性绕组，并将至少一个筒状柔性绕组套在第一磁芯和第二磁芯组合成变压器的闭合磁路的磁芯柱上；所述筒状柔性绕组由片材绕制得到，所述片材包含至少两个导体层，两个导体层之间包含绝缘介质层、绝缘层、具有瞬间自我恢复特性的金属层；所述金属层位于绝缘介质层与绝缘层之间，绝缘层的一侧紧贴有金属层另一侧紧贴有导体层，所述紧贴在绝缘层两侧的金属层和导体层并联；在各导体层分别设置焊盘。从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点由于在两个导体层中间有具有瞬间自我恢复特性的金属层，介质薄膜不会因大电流击穿并出现短路，符合产品应用的安规要求。筒状柔性绕组集成的等效电容与筒状柔性绕组的自感配合实现了滤波功能，形成LC滤波器。利用集成有薄膜电容特性的柔性绕组，在与变压器同等占地面积的情况下，在功能上实现变压器与薄膜电容的集成，占地面积小。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术高通滤波器的结构示意图；图2为本发明实施例装置结构示意图；图3为本发明实施例片材结构示意图；图4为本发明实施例片材结构示意图；图5为本发明实施例片材结构示意图；图6为本发明实施例装置结构示意图；图7为本发明实施例方法流程示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明实施例中使用的“第一”、“第二” 仅作为区分两个磁芯、铜层、绝缘介质层、绝缘层、金属层或者筒状柔性绕组使用，而并不代表其他技术含义，不应理解为对本发明实施例的限定。
如图2和图3所示，图2为筒状柔性绕组103套在变压器的闭合磁路的示意图，图 3为柔性绕组103的片材的结构示意图。需要说明的是，图2中为形成初级线圈的绕组与形成次级线圈的绕组并排的示意图；除此之外也可以将初级线圈先套在磁芯中柱上，然后增加一层绝缘处理(初级线圈与次级线圈的电压不同，采用绝缘处理可以保证符合安规要求)，然后在形成初级线圈的绕组上套形成次级线圈的绕组。因此，图2中所示的形成初级线圈的绕组与形成次级线圈的绕组并排的示意图不应理解为对本发明实施例的限定。
本发明实施例提供的一种集成变压器和电容的装置，包括
构成变压器的闭合磁路的第一磁芯101和第二磁芯102，上述闭合磁路的磁芯柱上套有至少一个筒状柔性绕组103 ；
筒状柔性绕组103由片材绕制得到，上述片材包含至少两个导体层1301，两个导体层1301之间包含绝缘介质层1302、绝缘层1304、具有瞬间自我恢复特性的金属层 1303 ；上述金属层1303位于绝缘介质层1302与绝缘层1304之间，绝缘层1033的一侧紧贴有金属层1034另一侧紧贴有导体层1031，上述紧贴在绝缘层1033两侧的金属层1034和导体层1031并联；
各导体层1301分别设置有焊盘104。
需要说明的是在图3中的第一磁芯101和第二磁芯102可以是EP、EI或者EE形对此本发明实施例不予限定，图3所示第一磁芯101和第二磁芯102的形状，以及图3所示筒状柔性绕组103的个数均不应理解为对本发明实施例的限定。绝缘介质层1302采用具有一定介电常数的材料，是满足耐压要求的介质薄膜，用于形成等效电容。介质薄膜通常为聚酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚酰亚胺薄膜或聚碳酸酯薄膜等。绝缘层1304则可以采用与绝缘介质薄膜1302相同的材料，也可以是常规绝缘薄膜，绝缘层1304由于没有耐压需求，也不需要构成等效电容，对其厚度也无要求。具有瞬间自我恢复特性的金属层1303的自我恢复特性是指在瞬间高温下金属层可挥发，从而恢复电气绝缘的特性。
需要说明的是在图3中显示为两个导体层1301，基于本实施例的思想，导体层 1301的层数还可以是其它层数，例如可以是2的倍数层。复用本实施例中的结构，可以得到2的倍数层的片材，各复用的部分之间用绝缘介质层或者绝缘层隔开就可以了。本发明实施例对超过2层的具体结构不予限定。
采用以上实施例方案，筒状柔性绕组集成的等效电容与筒状柔性绕组的自感配合实现了滤波功能，形成LC滤波器。利用集成有薄膜电容特性的柔性绕组，在与变压器同等占地面积的情况下，在功能上实现变压器与薄膜电容的集成，占地面积小。由于在两个导体层中间有具有瞬间自我恢复特性的金属层，介质薄膜不会因大电流击穿并出现短路，符合产品应用的安规要求。
本发明实施例提供了片材的另一种层叠结构，如图4所示，优选地，上述导体层 1301为铜层；需要说明的是，导体层1301的材质除了铜还可以是其它导电性能优良的导体，铜的举例不应理解为对本发明实施例的限定。上述片材包含至少两个导体层1301，上述两个导体层1301之间包含绝缘介质层1302、绝缘层1304、具有瞬间自我恢复特性的金属层1303具体为上述片材包含第一铜层13011、第一绝缘介质层13021、具有瞬间自我恢复特性的第一金属层13041、第一绝缘层13031、第二铜层13012，上述片材还包含第二绝缘介质层13022、具有瞬间自我恢复特性的第二金属层13042、第二绝缘层13032 ；
上述金属层1303位于绝缘介质层1302与绝缘层1304之间具体为上述片材由第一铜层13011、第一绝缘介质层13021、具有瞬间自我恢复特性的第一金属层13041、第一绝缘层13031、第二铜层13012、第二绝缘介质层13022、具有瞬间自我恢复特性的第二金属层 13042、第二绝缘层13032依次迭置得到；
绝缘层1033的一侧紧贴有金属层1034另一侧紧贴有导体层1031，上述紧贴在绝缘层1033两侧的金属层1034和导体层1031并联具体为具有瞬间自我恢复特性的第一金属层13041与第二铜层13012并联，具有瞬间自我恢复特性的第二金属层13042与第一铜层13011并联。
在以上实施例中筒状柔性绕组集成的总等效电容包含两个并联的等效电容。筒状柔性绕组集成的等效电容与筒状柔性绕组的自感配合实现了滤波功能，形成LC滤波器。
本发明实施例提供了片材的另一种层叠结构，如图5所示，优选地，上述导体层 1301为铜层；上述片材包含至少两个导体层1301，上述两个导体层1301之间包含绝缘介质层1302、绝缘层1304、具有瞬间自我恢复特性的金属层1303具体为上述片材包含第一铜层13011、第一绝缘介质层13021、具有瞬间自我恢复特性的第一金属层13041、第一绝缘层13031、第二铜层13012，还包含第二绝缘层13032 ；
上述金属层1303位于绝缘介质层1302与绝缘层1304之间具体为上述片材由第一铜层13011、第一绝缘介质层13021、具有瞬间自我恢复特性的第一金属层13041、第一绝缘层13031、第二铜层13012、第二绝缘层13032依次迭置得到；
绝缘层1033的一侧紧贴有金属层1034另一侧紧贴有导体层1031，上述紧贴在绝缘层1033两侧的金属层1034和导体层1031并联具体为具有瞬间自我恢复特性的第一金属层13041与第二铜层13012并联。
在以上实施例中第一导体层13011与第二导体层13012之间集成了一个等效电容。
需要说明的是图3应该是绕组片材的核心结构。图5相对于图3而言，在一个导体层(导体层13012)的外表面增加了一个绝缘层。实际应用中，各导体层的外表面都可以有一层绝缘层，即图3的两个导体层1301的外表面各增加一层绝缘层。由于带材会绕起来，最外层的两层绝缘层可以仅设置其中的一层绝缘层，效果等同于图5中的结构。)本领域技术人员可以理解的是在本实施例给出的结构中增加绝缘层或者绝缘介质层也是可以的，本发明实施例对此不予限定。
可选的，上述至少一个筒状柔性绕组103中，构成初级线圈的一组或者一组以上的筒状柔性绕组103采用并联或者串联连接。举例说明如图6所示，并请参阅图4，将右边的筒状柔性绕组103计为第一筒状柔性绕组作为隔离变压器的初级线圈，右边的筒状柔性绕组103的第一铜层13011的首端和第一铜层13012的末端分别焊接有与外电路连接的焊盘104，图6中编号为1、4，分别与图1中线路侧的1、4引脚进行电气互连。将左边的筒状柔性绕组103计为第二筒状柔性绕组作为隔离变压器的次级线圈，其中，左边的筒状柔7性绕组103的第一铜层13011的首端和第一铜层13012的末端分别焊接有与外电路连接的焊盘104，图6中编号为5、8，分别与图1中线路侧的5、8引脚进行电气互连。
在某些情况下，比如出于控制漏感的技术目的，还可以采用如下方案将上述至少一个筒状柔性绕组103中，构成次级线圈的一组或者一组以上的筒状柔性绕组103采用并联或者串联连接。举例说明如图4所示，将筒状柔性绕组103中第一铜层13011的首端， 第一铜层13012的首端分别与外电路进行电气互连。筒状柔性绕组103集成的等效电容与筒状柔性绕组103形成的自感配合形成各种功能特性的LC滤波器。
可选地，上述图1中，构成变压器的闭合磁路的第一磁芯101和第二磁芯102具体为第一磁芯101和第二磁芯102构成变压器的三磁芯柱的闭合磁路；上述闭合磁路的磁芯柱上套有至少一个筒状柔性绕组103具体为至少一个筒状柔性绕组103套在上述三磁芯柱的中间磁芯柱上。三磁芯柱结构的中间磁芯柱称为磁芯中柱，通常需要开气隙。
可选地，上述图1中，构成变压器闭合磁路的第一磁芯101和第二磁芯102具体为第一磁芯101和第二磁芯102构成两磁芯柱的闭合磁路；上述闭合磁路的磁芯柱上套有至少一个筒状柔性绕组103具体为至少一个筒状柔性绕组103套在上述磁芯柱上。
可选地，上述图1中，上述筒状柔性绕组103由上述片材绕制一圈或者以同心式绕制一圈以上得到。
可选地，上述图2中，绝缘介质层1302材质为聚酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚酰亚胺薄膜、聚碳酸酯薄膜中的任意一种；绝缘层1304材质为聚酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚酰亚胺薄膜、聚碳酸酯薄膜、具有电气绝缘性能的薄膜中的任意一种。
可选地，上述图2中，上述具有瞬间恢复特性的金属层1303为蒸镀的铝层、锌层或铝锌合金层。
本发明实施例还提供了一种集成变压器和电容的装置的制造方法，如图7所示， 包括
701 制作筒状柔性绕组；
702 将至少一个筒状柔性绕组套在第一磁芯和第二磁芯组合成变压器的闭合磁路的磁芯柱上；
上述筒状柔性绕组由片材绕制得到，上述片材包含至少两个导体层，两个导体层之间包含绝缘介质层、绝缘层、具有瞬间自我恢复特性的金属层；上述金属层位于绝缘介质层与绝缘层之间，绝缘层的一侧紧贴有金属层另一侧紧贴有导体层，上述紧贴在绝缘层两侧的金属层和导体层并联；
703 在各导体层分别设置焊盘。
在703之后还可以在焊盘上焊接引脚，并对变压器进行封装处理等后续步骤，本发明实施例对此类后续步骤不作限定。
进一步地，在某些情况下，比如出于控制漏感的技术目的上述方法还可以将上述筒状柔性绕组中，构成初级线圈的一组或者一组以上的筒状柔性绕组并联或者串联。
进一步地，上述方法还可以将上述筒状柔性绕组中，构成次级线圈的一组或者一组以上的筒状柔性绕组并联或者串联。这样筒状柔性绕组集成的等效电容与筒状柔性绕组形成的自感配合形成各种功能特性的LC滤波器。
由于在两个导体层中间有具有瞬间自我恢复特性的金属层，介质薄膜不会因大电流击穿并出现短路，符合产品应用的安规要求。筒状柔性绕组集成的等效电容与筒状柔性绕组的自感配合实现了滤波功能，形成LC滤波器。利用集成有薄膜电容特性的柔性绕组， 在与变压器同等占地面积的情况下，在功能上实现变压器与薄膜电容的集成，占地面积小。
值得注意的是，上述用户设备和基站实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
以上仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种集成变压器和电容的装置，其特征在于，包括构成变压器的闭合磁路的第一磁芯(101)和第二磁芯(102)，所述闭合磁路的磁芯柱上套有至少一个筒状柔性绕组(103)；筒状柔性绕组(103)由片材绕制得到，所述片材包含至少两个导体层(1301)，两个导体层(1301)之间包含绝缘介质层(1302)、绝缘层(1304)、具有瞬间自我恢复特性的金属层(130 ；所述金属层(130 位于绝缘介质层(130 与绝缘层(1304)之间，绝缘层(103 的一侧紧贴有金属层(1034)另一侧紧贴有导体层(1031)，所述紧贴在绝缘层 (1033)两侧的金属层(1034)和导体层(1031)并联； 各导体层(1301)分别设置有焊盘(104)。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述导体层(1301)为铜层；所述片材包含至少两个导体层(1301)，所述两个导体层(1301)之间包含绝缘介质层(1302)、绝缘层 (1304)、具有瞬间自我恢复特性的金属层(130 具体为所述片材包含第一铜层(13011)、第一绝缘介质层(13021)、具有瞬间自我恢复特性的第一金属层(13041)、第一绝缘层(13031)、第二铜层(13012)，所述片材还包含第二绝缘介质层(13022)、具有瞬间自我恢复特性的第二金属层(13042)、第二绝缘层(13032)； 所述金属层(130 位于绝缘介质层(130 与绝缘层(1304)之间具体为 所述片材由第一铜层(13011)、第一绝缘介质层(13021)、具有瞬间自我恢复特性的第一金属层(13041)、第一绝缘层(13031)、第二铜层(13012)、第二绝缘介质层(13022)、具有瞬间自我恢复特性的第二金属层(13042)、第二绝缘层(1303 依次迭置得到；绝缘层(103 的一侧紧贴有金属层(1034)另一侧紧贴有导体层(1031)，所述紧贴在绝缘层(103 两侧的金属层(1034)和导体层(1031)并联具体为具有瞬间自我恢复特性的第一金属层(13041)与第二铜层(13012)并联，具有瞬间自我恢复特性的第二金属层(1304 与第一铜层(13011)并联。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述导体层(1301)为铜层；所述片材包含至少两个导体层(1301)，所述两个导体层(1301)之间包含绝缘介质层(1302)、绝缘层 (1304)、具有瞬间自我恢复特性的金属层(130 具体为所述片材包含第一铜层(13011)、第一绝缘介质层(13021)、具有瞬间自我恢复特性的第一金属层(13041)、第一绝缘层(13031)、第二铜层(13012)，还包含第二绝缘层 (13032)；所述金属层(130 位于绝缘介质层(130 与绝缘层(1304)之间具体为 所述片材由第一铜层(13011)、第一绝缘介质层(13021)、具有瞬间自我恢复特性的第一金属层(13041)、第一绝缘层(13031)、第二铜层(13012)、第二绝缘层(1303 依次迭置得到；绝缘层(103 的一侧紧贴有金属层(1034)另一侧紧贴有导体层(1031)，所述紧贴在绝缘层(103 两侧的金属层(1034)和导体层(1031)并联具体为具有瞬间自我恢复特性的第一金属层(13041)与第二铜层(13012)并联。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述至少一个筒状柔性绕组(103)中，构成初级线圈的一组或者一组以上的筒状柔性绕组(10 采用并联或者串联连接。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述至少一个筒状柔性绕组(103)中，构成次级线圈的一组或者一组以上的筒状柔性绕组(10 采用并联或者串联连接。
6.根据权利要求1至5任意一项所述装置，其特征在于，构成变压器的闭合磁路的第一磁芯(101)和第二磁芯(102)具体为第一磁芯(101)和第二磁芯(102)构成变压器的三磁芯柱的闭合磁路；所述闭合磁路的磁芯柱上套有至少一个筒状柔性绕组(10 具体为至少一个筒状柔性绕组(103)套在所述三磁芯柱的中间磁芯柱上。
7.根据权利要求1至5任意一项所述装置，其特征在于，所述构成变压器闭合磁路的第一磁芯(101)和第二磁芯(102)具体为第一磁芯(101)和第二磁芯(102)构成两磁芯柱的闭合磁路；所述闭合磁路的磁芯柱上套有至少一个筒状柔性绕组(10 具体为至少一个筒状柔性绕组(10 套在所述磁芯柱上。
8.根据权利要求1至5任意一项所述装置，其特征在于，所述筒状柔性绕组(10 由所述片材绕制一圈或者以同心式绕制一圈以上得到。
9.根据权利要求1至5任意一项所述装置，其特征在于，绝缘介质层(130 材质为聚酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚酰亚胺薄膜、聚碳酸酯薄膜中的任意一种；绝缘层(1304)材质为聚酯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚酰亚胺薄膜、聚碳酸酯薄膜、具有电气绝缘性能的薄膜中的任意一种。
10.根据权利要求1至5任意一项所述装置，其特征在于，所述具有瞬间恢复特性的金属层(130 为蒸镀的铝层、锌层或铝锌合金层。
11.一种集成变压器和电容的装置的制造方法，其特征在于，包括制作筒状柔性绕组，并将至少一个筒状柔性绕组套在第一磁芯和第二磁芯组合成变压器的闭合磁路的磁芯柱上；所述筒状柔性绕组由片材绕制得到，所述片材包含至少两个导体层，两个导体层之间包含绝缘介质层、绝缘层、具有瞬间自我恢复特性的金属层；所述金属层位于绝缘介质层与绝缘层之间，绝缘层的一侧紧贴有金属层另一侧紧贴有导体层，所述紧贴在绝缘层两侧的金属层和导体层并联；在各导体层分别设置焊盘。
12.根据权利要求11所述方法，其特征在于，还包括将所述筒状柔性绕组中，构成初级线圈的一组或者一组以上的筒状柔性绕组并联或者串联。
13.根据权利要求11或12所述方法，其特征在于，还包括将所述筒状柔性绕组中，构成次级线圈的一组或者一组以上的筒状柔性绕组并联或者串联。
全文摘要
本发明实施例公开了一种集成变压器和电容的装置及制造方法，其中装置包括构成变压器的闭合磁路的第一磁芯和第二磁芯，所述闭合磁路的磁芯柱上套有至少一个筒状柔性绕组；筒状柔性绕组由片材绕制得到，所述片材包含至少两个导体层，两个导体层之间包含绝缘介质层、绝缘层、具有瞬间自我恢复特性的金属层；所述金属层位于绝缘介质层与绝缘层之间，绝缘层的一侧紧贴有金属层另一侧紧贴有导体层，所述紧贴在绝缘层两侧的金属层和导体层并联；各导体层分别设置有焊盘。利用集成有薄膜电容特性的柔性绕组，在与变压器同等占地面积的情况下，在功能上实现变压器与薄膜电容的集成，占地面积小。
文档编号H01F41/00GK102510268SQ201110391509
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者徐焰, 赵治磊 申请人:聚信科技有限公司