展示增强的热性能的平面磁性装置的制作方法

[0001]
本公开内容涉及使用印刷电路板(pcb)作为绕组载体(carrier)的平面磁性部件，并且更特别地涉及其中相邻层中的导电绕组被配置为增强热性能的平面磁性部件。


背景技术：

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为了实现与线绕绕组相比较好的重现性、较紧凑的设计和较好的经济性，pcb上的平面磁性部件正被越来越多地且有利地用于各种应用中，尤其用于运输(例如，汽车)和便携式电子产品(例如移动电话)应用中。这些装置包括限定在pcb的平面层中或上的螺旋导电迹线，该pcb具有处于堆叠布置的多个导电层，其中堆叠体中的不同导电层与过孔适当地电连接以产生磁性部件，诸如变压器或电感器。导体层通过电绝缘体或介电材料——典型地为玻璃纤维增强的环氧树脂——在物理上分开，该电绝缘体或介电材料典型地是非常差的热导体。结果，较高功率的磁性部件可能形成过热的热点，并且随着时间可能导致部件的过早劣化和故障。
[0003]
常规的解决方案是增加导电绕组的厚度或宽度，使得通过经由电导体的热传导来使高的热梯度消散。这是可行并且通常是可接受的解决方案。然而，这种解决方案增加了部件的大小和质量，减少或消除了在pcb上采用平面磁性部件的一些好处。这种大小和质量的增加在便携式电子装置中是特别不期望的。
[0004]
因此，需要在提供较好的热性能的同时还使所需的导电材料的量最小化的pcb上的平面磁性部件。


技术实现要素：

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公开了一种平面磁性装置，诸如电感器或变压器，该平面磁性装置具有由介电材料的层分开的第一和第二平行相邻的导电层，其中导电层中的每个导电层被图案化以限定螺旋导电迹线，该螺旋导电迹线具有不止单个线匝或绕组以限定绕组之间的间隙，其中，迹线的几何图案被选择为使得一个层中的导电迹线的线匝之间的间隙区域的至少一部分与相邻的螺旋迹线的线匝之间的间隙区域不对准。
附图说明
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图1是根据已知(现有技术)技术的磁性装置的导电层的俯视图。
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图2是根据已知(现有技术)技术的磁性装置的截面正视图。
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图3是图2的磁性装置的一部分的放大截面正视图，示出了相邻的螺旋导电迹线并且示出了热性能特性。
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图4a是根据本公开内容的磁性装置的导电层的俯视图。
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图4b是与图4a的导电层相邻的第二导电层的俯视图。
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图5是图4a和图4b的磁性装置的截面正视图。
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图6是图5的磁性装置的一部分的放大截面正视图，示出了相邻的螺旋导电迹线并
且示出了热性能特性。
具体实施方式
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图1至图3示出了常规的磁性装置10。根据导电层12(如图2所示)被如何配置和电连接，该装置可以是例如电感器或变压器。例如，在所示的装置10中，第一(顶部)导电层(典型地铜层)可以从顶部与第三、第五、第七、第九和第十一层串联或并联地电连接，并且剩余的第二、第四、第六、第八、第十和第十二导电层从顶部可以串联或并联地电连接以产生变压器。作为另一实施例，所有导电层可以串联或并联地电连接以产生电感器。
[0014]
在图1中示出了限定具有三个线匝或绕组的螺旋导电迹线12的单个导电层。可以通过过孔14、16使任一层中的导电迹线电连接到另一层中的导电迹线。图1中还示出了未使用的过孔18。中心磁性芯20(例如，铁氧体)延伸穿过印刷电路板(pcb)12的中心，使得导电螺旋迹线中的每个导电螺旋迹线卷绕在磁性芯上。磁性芯用于增加通过使电流通过绕组而生成的磁性场的强度，并且因此增加电感。
[0015]
对于图1至图3中所示的常规磁性装置10，限定螺旋迹线的相邻导电层是相同的，并且通常被设计为完全重叠，使得相邻迹线之间的间隙24、26重叠。结果，热沿着螺旋迹线从最接近芯20的内线匝朝向最远离芯的外线匝流动，并且还在间隙之间流动。这导致相对低效率的热传递，其中内线匝比外线匝热得多。在所示的实施方式中，常规装置10在预热后以稳定状态运行时，在内线匝处具有211℃的不可接受的高温度，在中间线匝处具有154℃的仍然非常高的温度，并且在外线匝处具有40℃的可接受的温度。
[0016]
除了具有相同的重叠迹线，常规装置10还具有沿着螺旋迹线的长度具有均匀宽度的迹线。据信，设计者认为，沿着螺旋迹线的长度的均匀宽度将提供最低的电阻。
[0017]
已经确定，对于两个相邻的导电层中的至少一个导电层，通过沿着迹线的长度改变迹线的宽度可以实现非常实质性改进的热性能。改进的设计在图4至图6中示出，这些图示出了具有12层导电材料(铜)的装置110。装置110在大小、材料和结构或配置方面通常类似于装置10，除了由单层介电材料分开的两个相邻导电层中的至少一个导电层具有下述螺旋迹线，所述螺旋迹线具有沿着迹线的长度改变的宽度，使得所有间隙124、126、128和130与相邻导电层中的螺旋迹线重叠或下面是相邻导电层中的螺旋迹线。在图4至图6的所示实施方式中，下部迹线140具有沿着其螺旋长度的均匀宽度，而相邻的上部迹线145具有沿着其螺旋长度从邻近芯120的内线匝到在过孔114处终止的外线匝改变(例如，连续增加)的宽度。通过这种布置，两个导电迹线中的相邻线匝之间形成较小的温度梯度，使得热流动通过迹线140和145之间的介电层(包括pcb 122)，并且在迹线140和145之间有效地传递，减少或消除了通过间隙124、126、128和130的显著热传递。装置10和110采用相同量的导电材料(铜)，但实现了截然不同的热特性，其中装置110在迹线145的内线匝处具有大约为48.5℃的最大温度。
[0018]
在一些优选实施方式中，由单层介电材料分开的第一和第二平行相邻的导电层各自限定具有不止单个线匝或绕组的螺旋导电迹线，其中，迹线的几何形状被选择为使得与平行的相邻导电层垂直的任何直线与导电螺旋迹线中的至少一个导电螺旋迹线相交(即，相邻迹线中的所有间隙没有对准)。线匝的数量典型地但不是必须为整数。例如，线匝的数量可以是1.5、2.25、2.5或大于1的任何其他值。其中没有间隙被对准的布置提供优异的热
特性，其中导电螺旋迹线中最外线匝比最内线匝高仅几度(例如5℃、10℃或20℃)。然而，即使当相邻迹线中不是全部的间隙不对准时，也可以实现根据本文公开的原理的改进。在这方面，所公开的磁性装置涵盖下述磁性装置，所述磁性装置具有两个相邻的螺旋迹线，该两个相邻的螺旋迹线具有不止单个绕组，其中至少5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％的间隙区域(导电迹线的线匝之间的总共区域)与相邻螺旋迹线的间隙区域不对准。
[0019]
所示的实施方式仅是示例性的，应理解，可以使用任何数量的导电层对，并且每个导电层对中的至少一个层的宽度具有沿着其长度改变的宽度。
[0020]
以上描述旨在是说明性的，而不是限制性的。本发明的范围应参考所附权利要求以及等同物的全部范围来确定。可以预见并且预期在本领域中将发生未来的发展，并且所公开的装置、套件和方法将被结合到这样的未来的实施方式中。因此，本发明能够进行修改和改变，并且仅由所附权利要求书限制。