立体绕线电感、变压器、均衡器和lc滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种立体绕线电感，包括PCB板、输入焊盘、输出焊盘、多个导电通道和多根电感线圈导线；其中，PCB板为双介质层或多介质层PCB板；每个导电通道均贯穿于PCB板相邻的两个介质层或多个介质层；每根电感线圈导线均设置在PCB板的同一介质层上；每根电感线圈导线的两端分别与两个导电通道连接；且所有电感线圈导线分为两层以上；所有电感线圈导线通过对应的导电通道依次连接；所有电感线圈导线通过对应的导电通道依次连接后的两端分别电连接输入焊盘和输出焊盘。上述立体绕线电感Q值适中，能够满足实际工程使用要求。本发明还公开一种LC滤波器、变压器和均衡器。
【专利说明】
立体绕线电感、变压器、均衡器和LC滤波器
技术领域
[0001]本发明涉及电感技术领域，特别是涉及一种立体绕线电感、变压器、均衡器和LC滤波器。【背景技术】
[0002]在射频和微波电路中，大量使用电感元件。以集总参数滤波器(LC滤波器)为例，主要采用空心电感和磁环电感作为谐振或匹配元件，在较低频率(一般150MHz以下)，所需感值较大，通常采用磁环电感。在较高频率(150MHz以上)，所需感值较小，通常采用空心电感。 空心电感和磁环电感在工艺组装完成后，通过调节线圈的匝间距来调节电感量，获得最终所需的产品性能。再对其进行点胶、固化处理。空心电感和磁环电感的电感感值不准确、离散性大、需要反复调试，组装、固化等工艺过程也较为复杂。
[0003]近年来，IC(Integrated Circuit，集成电路)工艺日益成熟，大量的平面螺旋电感被采用，这些平面电感感值准确，重复性好。而该类平面电感的Q值仅为10-20,只能满足宽带滤波器(高通、低通或相对带宽20%以上的带通)应用。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种Q值适中的立体绕线电感、滤波器、变压器和均衡器。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种立体绕线电感，包括PCB 板、输入焊盘、输出焊盘、多个导电通道和多根电感线圈导线；其中，所述PCB板为双介质层或多介质层PCB板；每个所述导电通道均贯穿于所述PCB板中相邻的两个介质层或多个介质层；每根所述电感线圈导线均设置在所述PCB板的同一介质层上;每根所述电感线圈导线的两端分别与两个所述导电通道连接;至少两个介质层上设有所述电感线圈导线；所有所述电感线圈导线通过对应的所述导电通道依次电连接；所有所述电感线圈导线通过对应的所述导电通道依次连接后的两端分别电连接所述输入焊盘和所述输出焊盘。
[0006]优选的，所述导电通道包括金属化孔和导体;所述导体设置在所述金属化孔内部。
[0007]优选的，所述输入焊盘和所述输出焊盘均设置在所述PCB板的表面，所述输入焊盘和所述输出焊盘均通过导电通道分别与所有所述电感线圈导线通过对应的所述导电通道依次连接后的两端电连接。
[0008]优选的，还包括中间焊盘;所述电感线圈导线为三根以上;所述中间焊盘设置在所述PCB板的表面，位于所述输入焊盘和所述输出焊盘之间；所述中间焊盘通过所述导电通道与所述电感线圈导线连接。
[0009]优选的，位于同一层的所述电感线圈导线之间相互平行;位于不同层的所述电感线圈导线之间具有预设夹角。
[0010]优选的，所述电感线圈导线为按照预设间距排布的带线图形。[〇〇11]优选的，所述介质层的印制板材为覆铜板。
[0012]本发明还公开一种变压器，包括上述带有中间焊盘的任意一种立体绕线电感。
[0013]本发明还公开一种均衡器，包括上述带有中间焊盘的任意一种立体绕线电感。
[0014]本发明还公开一种滤波器，包括上述任意一种所述的立体绕线电感。
[0015]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:与现有技术中采用导线绕制的空心电感、磁环绕线电感以及Si基或GaAs基平面电感比较，上述立体绕线电感采用两层或多层立体结构制备电感，适于获得射频/微波电路所需要的电感量，Q值适中，能够满足实际工程使用要求。进一步的，该立体绕线电感的可靠性高、适合批量生产，可减少调试，缩短产品生产周期，具有重大的现实意义和实用价值。【附图说明】
[0016]图1是本发明立体绕线电感实施例一的立体结构示意图；图2是图1的仰视图；图3是图1的俯视图；图4是本发明立体绕线电感实施例二的立体结构示意图；图5是图4的俯视图；图6是本发明立体绕线电感实施例三的立体结构示意图；图7是图6的仰视图；图8是本发明立体绕线电感实施例四的立体结构示意图；图9是本发明LC滤波器一个实施例的电路原理图；图10是图9的一种结构不意图；图11是图10的仰视图；图12是本发明LC滤波器另一个实施例的电路原理图；图13是图12的一种结构示意图。【具体实施方式】[〇〇17]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0018] 以下各个实施例中，立体绕线电感可以包括PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)1〇〇、输入焊盘210、输出焊盘220、多个导电通道300和多根电感线圈导线400。其中， PCB板100为双介质层或多介质层PCB板。每个导电通道300均贯穿于PCB板100相邻的两个介质层或多个介质层。每根电感线圈导线400均设置在PCB板100的同一介质层上，且每根电感线圈导线400的两端分别与两个导电通道300连接。所有电感线圈导线400分为两层以上。所有电感线圈导线400通过对应的导电通道300依次连接，形成具有一个输入端和一个输出端的开式变形线圈。所有电感线圈导线400通过对应的导电通道300依次连接后的两端分别电连接输入焊盘210和输出焊盘220。其中，所述的开式变形线圈的形状与通常所说的线圈的形状略有不同，但又是一具有输入端和输出端的线圈，而且输入端和输出端不连接。[0〇19]其中，立体绕线电感利用双层或多层PCB工艺制造，印制板材可以选取Rogers、 Arlon、Taconic及其他电路板厂家生产的覆铜板。电感线圈导线400可以为按一定间距分布的带线图形。带线图形可以是一个或多个，平行或规则整齐排列于介质层上。这些位于不同介质层的电感线圈导线400,通过贯穿介质层的导电通道300相连。
[0020]实施例一参见图1至图3,本实施例中，立体绕线电感为二层二匝的立体绕线电感。该立体绕线电感包括PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)100、输入焊盘210、输出焊盘220、四个导电通道301?304和三根电感线圈导线401?403。其中，PCB板100为双介质层PCB板，包括第一介质层110和第二介质层120。导电通道301?304均贯穿于PCB板100的第一介质层110和第二介质层120。电感线圈导线401?403分别设置在PCB板100的第一介质层110和第二介质层 120上。且，每根电感线圈导线位于同一介质层上，每根电感线圈导线的两端分别与两个导电通道连接。所有电感线圈导线401?403分为两层。所有电感线圈导线401?403通过对应的导电通道301?304依次连接。所有电感线圈导线401?403通过对应的导电通道301?304依次连接后的两端分别电连接输入焊盘210和输出焊盘220。
[0021]具体的，如图1所示，本实施例中，设定第一介质层110的远离第二介质层120的表面为第一介质层110的第一表面。电感线圈导线402设置在第一介质层110和第二介质层120 之间。电感线圈导线401和电感线圈导线403设置在第一介质层110的第一表面上。电感线圈导线401和电感线圈导线403之间相互平行，电感线圈导线401与电感线圈导线402之间具有预设夹角。当然，在其他实施例中，电感线圈导线401和电感线圈导线403之间也可具有夹角，对此不作限制。[〇〇22]其中，输入焊盘210与导电通道301连接。电感线圈导线401的两端分别与导电通道 301和导电通道302连接。电感线圈导线402的两端分别与导电通道302和导电通道303连接。 电感线圈导线403的两端分别与导电通道303和导电通道304连接。输出焊盘220与导电通道 304连接。电感线圈导线401?403依次通过导电通道301?304顺次立体连接。[0〇23] 本实施例中，导电通道301?304均可以包括金属化孔(图未标)和导体(图未标)。导体设置在金属化孔内部。导体起到连接位于不同层线圈导线401?403的作用，同时作为立体绕线电感线圈的一部分形成一个整体电感线圈。立体绕线电感的引出端，通过金属化孔连接到输入焊盘210和输出焊盘220上引出。[〇〇24]另外，输入焊盘210和输出焊盘220分别设置在第二介质层120的第一表面上，分别设置在第一表面的两侧。本实施例中，立体绕线电感的体积可以为3mmX 2.5mmX 2.2mm，电感量约为5.4nH。在体积保持不变的情况下，增加匝数可增大电感量。在该体积下还可实现 3、4、5匝的立体绕线电感。
[0025] 实施例二参见图4和图5,本实施例中，立体绕线电感为二层四匝的立体绕线电感。该立体绕线电感包括PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)100、输入焊盘210、输出焊盘220、八个导电通道301?308和七根电感线圈导线401?407。其中，PCB板100为双介质层PCB板，包括第一介质层110和第二介质层120。导电通道301?308均贯穿于PCB板100的第一介质层110和第二介质层120。电感线圈导线401?407分别设置在PCB板100的第一介质层110和第二介质层 120上。且每根电感线圈导线位于同一介质层上，每根电感线圈导线的两端分别与两个导电通道连接。所有电感线圈导线401?407分为两层。所有电感线圈导线401?407通过对应的导电通道301?308依次连接。所有电感线圈导线401?407通过对应的导电通道301?308依次连接后的两端分别电连接输入焊盘210和输出焊盘220。
[0026]具体的，如图4所示，本实施例中，设定第一介质层110的远离第二介质层120的表面为第一介质层110的第一表面。电感线圈导线401、电感线圈导线403、电感线圈导线405和电感线圈导线407设置在第一介质层110的第一表面上。且电感线圈导线401、电感线圈导线 403、电感线圈导线405和电感线圈导线407之间相互平行。电感线圈导线402、电感线圈导线 404和电感线圈导线406设置在第一介质层110和第二介质层120之间。且电感线圈导线402、 电感线圈导线404和电感线圈导线406之间相互平行。电感线圈导线401和电感线圈导线402 之间具有预设夹角，该预设夹角根据实际需要进行设定。电感线圈导线403设置在第一介质层110的第一表面上。[〇〇27] 输入焊盘210与导电通道301连接。电感线圈导线401的两端分别与导电通道301和导电通道302连接。电感线圈导线402的两端分别与导电通道302和导电通道303连接。电感线圈导线403的两端分别与导电通道303和导电通道304连接。电感线圈导线404的两端分别与导电通道304和导电通道305连接。电感线圈导线405的两端分别与导电通道305和导电通道306连接。电感线圈导线406的两端分别与导电通道306和导电通道307连接。电感线圈导线407的两端分别与导电通道307和导电通道308连接。输出焊盘220与导电通道308连接。电感线圈导线401?407依次通过导电通道301?308顺次立体连接。[〇〇28] 当然，在其他实施例中，电感线圈导线401、电感线圈导线403、电感线圈导线405和电感线圈导线407之间也可以不全相互平行或全不相互平行，对此不作限制。同样的，电感线圈导线402、电感线圈导线404和电感线圈导线406之间也可以不全相互平行或全不相互平行，对此不作限制。[0〇29] 本实施例中，导电通道301?308均可以包括金属化孔(图未标)和导体(图未标)。导体设置在金属化孔内部。导体起到连接位于不同层线圈导线401?407的作用，同时作为立体绕线电感线圈的一部分形成一个整体电感线圈。立体绕线电感的引出端，通过金属化孔连接到输入焊盘210和输出焊盘220上引出。[〇〇30] 本实施例中的立体绕线电感在3mm X 2.5mm X 2.2mm体积下的电感量约为20nH。另夕卜，可以通过改变立体绕线电感的介质层数、电感体积、介质材料以及带线绕法，可实现的电感量为InH?150nH，Q值可达到60-200之间，能够满足绝大部分的射频&微波电路使用。 [〇〇31] 实施例三参见图6和图7,本实施例中的立体绕线电感与实施例二中的立体绕线电感的区别在于:中间焊盘500。中间焊盘500设置在PCB板120的表面，位于输入焊盘210和输出焊盘220之间。中间焊盘500通过导电通道与电感线圈导线连接。
[0032]具体的，本实施例中，设定第一介质层110的远离第二介质层120的表面为第一介质层110的第一表面。电感线圈导线401、电感线圈导线403、电感线圈导线405和电感线圈导线407设置第一介质层110的第一表面上。电感线圈导线402、电感线圈导线404和电感线圈导线406设置在第一介质层110和第二介质层120之间。输入焊盘210与导电通道301连接。输出焊盘220与导电通道308连接。中间焊盘230通过导电通道309与电感线圈导线404连接。
[0033]本实施例中的立体绕线电感为立体结构的抽头电感，在贴装焊盘的表面，除输入焊盘210、输出焊盘220外，在中间位置增加了一个中间焊盘230。该结构的立体绕线电感可应用于变压器，均衡器等领域。
[0034]设置有中间焊盘500的立体绕线电感，一般电感线圈导线的个数要为三个以上。优选的，中间焊盘500通过导电通道300,与所有电感线圈导线400通过对应的导电通道300依次连接后位于中部的电感线圈导线400电连接。即，中间焊盘500通过导电通道300与开式变形线圈中部的电感线圈导线400点连接诶。[〇〇35] 实施例四参见图8,本实施例中的立体绕线电感为三介质层双线绕法的立体结构电感。该立体绕线电感包括PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)100、输入焊盘210、输出焊盘220、 十三个导电通道301?313和十三根电感线圈导线401?413。其中，PCB板100为三介质层PCB 板，包括第一介质层110、第二介质层120和第三介质层130。导电通道301?313贯穿于PCB板 100的第一介质层110、第二介质层120和第三介质层130。电感线圈导线401?413分别设置在 PCB板100的第一介质层110、第二介质层120和第三介质层130上。且每根电感线圈导线位于同一介质层上，每根电感线圈导线的两端分别与两个导电通道连接。所有电感线圈导线401 ?413分为四层。所有电感线圈导线401?413通过对应的导电通道301?313依次连接。所有电感线圈导线401?413通过对应的导电通道301?313依次连接后的两端分别电连接输入焊盘 210和输出焊盘220。
[0036]具体的，如图8所示，本实施例中，设定第一介质层110的远离第二介质层120的表面为第一介质层110的第一表面，第三介质层130的远离第二介质层120的表面为第三介质层130的第一表面。电感线圈导线408、电感线圈导线410和电感线圈导线412设置在第一介质层110的第一表面上。电感线圈导线402、电感线圈导线404和电感线圈导线406设置在第一介质层110和第二介质层120之间。电感线圈导线401、电感线圈导线403、电感线圈导线 405和电感线圈导线407设置在第二介质层120和第三介质层130之间。电感线圈导线409、电感线圈导线411和电感线圈导线413设置在第三介质层130的第一表面上。输入焊盘210设置在第一介质层110的第一表面上靠近导电通道301的位置。输出焊盘220设置在第三介质层 130的第一表面上靠近导电通道301的位置。[〇〇37] 输入焊盘210通过导电通道301与电感线圈导线401连接。电感线圈导线401通过导电通道302与电感线圈导线402连接。电感线圈导线402通过导电通道303与电感线圈导线 403连接。电感线圈导线403通过导电通道304与电感线圈导线404连接。以此类推，电感线圈导线412通过导电通道313与电感线圈导线413连接。电感线圈导线413与输出焊盘220连接。 [〇〇38] 参见图8,电感线圈导线408、电感线圈导线410和电感线圈导线412之间相互平行设置。电感线圈导线402、电感线圈导线404和电感线圈导线406之间相互平行设置。电感线圈导线401、电感线圈导线403和电感线圈导线405之间相互平行设置。电感线圈导线407与电感线圈导线401之间具有夹角。电感线圈导线409、电感线圈导线411和电感线圈导线413 之间相互平行设置。而电感线圈导线408和电感线圈导线409之间具有一定夹角。电感线圈导线402和电感线圈导线401之间具有一定夹角。
[0039]本实施例中的立体绕线电感，由于双线的磁力线相互交叠，在相同的体积下，可有效增大电感量。以上各个实施例中，输入焊盘210和输出焊盘220均设置在PCB板的表面。输入焊盘210和输出焊盘220均通过导电通道300分别与所有电感线圈导线通过对应的导电通道300依次连接后的两端电连接。即输入焊盘210和输出焊盘220通过导电通道300与开式变形线圈的输入端和输出端电连接。
[0040]与现有技术中采用导线绕制的空心电感、磁环绕线电感以及Si基或GaAs基平面电感比较，上述立体绕线电感采用两层或多层立体结构制备电感，适于获得射频/微波电路所需要的电感量，Q值适中，能够满足实际工程使用要求。并且该立体绕线电感可靠性高、适合批量生产，可减少调试，缩短产品生产周期，具有重大的现实意义和实用价值。
[0041]单个电感线圈、多个独立的电感线圈、多个有互连关系的电感线圈，以独立或组合的形式应用，或与其他结构整体集成应用。一个实施例中，一种LC滤波器包括上述任意一种立体绕线电感。该LC滤波器包括耦合电容、谐振电容和谐振电感。其中，谐振电感采用上述除实施例三之外的任意一种立体绕线电感。
[0042]具体的，参见图9,耦合电容包括耦合电容C1、耦合电容C3、耦合电容C5、耦合电容 C7、耦合电容C9和耦合电容Cl 1。谐振电容C2、谐振电容C4、谐振电容C6、谐振电容C8和谐振电容C10。谐振电感包括谐振电感L1、谐振电感L3、谐振电感L5、谐振电感L7和谐振电感L9。 采用本发明的立体绕线电感，实现LC滤波器，是本发明的一个应用领域。[〇〇43]参见图10和图11，本实施例中提供一种采用本发明的立体绕线电感实现的5节表贴结构LC滤波器。该LC滤波器包括多个耦合电容20、多个谐振电感10和多个谐振电容(图未标)。耦合电容20和谐振电容均可采用独石电容。LC滤波器的两端设置有输入/输出焊盘 30。与传统LC滤波器相比，本实施例中的LC滤波器可采用自动贴装工艺，将独石电容和立体绕线电感一次贴装完成，适合批量生产，可缩短生产周期，降低生产成本。并具有电性能指标一致性好的优点，在实际工程应用中具有重要的实用价值。
[0044]另一个实施例中，将上述除实施例三之外的任意一种立体绕线电感内嵌于多层 PCB中，在PCB表面留出电容元件的贴装焊盘，从而实现表贴结构的LC滤波器。参见图12,该 LC滤波器可以包括耦合电容、谐振电容、谐振电感和耦合电感。
[0045]具体的，耦合电容包括耦合电容C13和耦合电容C16。谐振电容包括谐振电容C12、 谐振电容C14、谐振电容C15和谐振电容C17。谐振电感包括谐振电感L7和谐振电感L9。耦合电感包括耦合电感L6、耦合电感L8和耦合电感L10。采用5层PCB板的内嵌立体绕线电感，与传统LC滤波器相比，可采用自动贴装工艺将独石电容一次贴装完成，适合批量生产，可缩短生产周期，降低生产成本。并具有电性能指标一致性好的优点。图13为图12的一个实施例中的结构示意图。
[0046]—个实施例中，变压器包括上述带有中间焊盘230的任意一种立体绕线电感，且具有上述立体绕线电感所具有的优点。
[0047]—个实施例中，均衡器包括上述带有中间焊盘230的任意一种立体绕线电感，且具有上述立体绕线电感所具有的优点。[〇〇48]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种立体绕线电感，其特征在于，包括PCB板、输入焊盘、输出焊盘、多个导电通道和 多根电感线圈导线;其中，所述PCB板为双介质层或多介质层PCB板；每个所述导电通道均贯穿于所述PCB板中相邻的两个介质层或多个介质层；每根所述电感线圈导线均设置在所述PCB板的同一介质层上;每根所述电感线圈导线 的两端分别与两个所述导电通道连接;至少两个介质层上设有所述电感线圈导线；所有所述电感线圈导线通过对应的所述导电通道依次电连接；所有所述电感线圈导线通过对应的所述导电通道依次连接后的两端分别电连接所述 输入焊盘和所述输出焊盘。2.根据权利要求1所述的立体绕线电感，其特征在于，所述导电通道包括金属化孔和导 体;所述导体设置在所述金属化孔内部。3.根据权利要求1所述的立体绕线电感，其特征在于，所述输入焊盘和所述输出焊盘均 设置在所述PCB板的表面，所述输入焊盘和所述输出焊盘均通过导电通道分别与所有所述 电感线圈导线通过对应的所述导电通道依次连接后的两端电连接。4.根据权利要求2所述的立体绕线电感，其特征在于，还包括中间焊盘;所述电感线圈 导线为三根以上;所述中间焊盘设置在所述PCB板的表面，位于所述输入焊盘和所述输出焊 盘之间；所述中间焊盘通过所述导电通道与所述电感线圈导线连接。5.根据权利要求1至3任意一项所述的立体绕线电感，其特征在于，位于同一层的所述 电感线圈导线之间相互平行;位于不同层的所述电感线圈导线之间具有预设夹角。6.根据权利要求1至3任意一项所述的立体绕线电感，其特征在于，所述电感线圈导线 为按照预设间距排布的带线图形。7.根据权利要求1至3任意一项所述的立体绕线电感，其特征在于，所述介质层的印制 板材为覆铜板。8.—种变压器，其特征在于，包括权利要求4所述的立体绕线电感。9.一种均衡器，其特征在于，包括权利要求4所述的立体绕线电感。10.—种滤波器，其特征在于，包括权利要求1、2、3、5、6和7中任意一项所述的立体绕线 电感。
【文档编号】H05K1/16GK105957691SQ201610559188
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】李宏军, 要志宏, 杨亮, 王胜福, 厉建国, 王磊, 林立涵, 张俊杰, 李丽, 刘超, 李丰, 孙磊磊, 郑升灵
【申请人】中国电子科技集团公司第十三研究所