一种基于LTCF的叠层变压器

一种基于ltcf的叠层变压器
技术领域
1.本发明涉及电磁技术领域，尤其涉及一种基于ltcf的叠层变压器。


背景技术：

2.微电子信息技术的不断发展，电子整机朝着小型化、便携化、多功能、数字化等方向发展，由于传统的绕组变压器无法满足小型化、集成化、低成本化的应用需求，因此平面变压器得以被开发。
3.平面变压器按照加工工艺的不同，可分为：薄膜工艺变压器、厚膜工艺变压器、pcb工艺变压器以及ltcc工艺变压器。薄膜工艺变压器是指金属薄膜材料贴在绕组的上面或下面而形成的一种叠层微型变压器。由于金属薄膜材料具备很高的电阻率和磁导率，所以薄膜工艺变压器的高频损耗很低，但是其功率密度低，而且造价昂贵，不适用于普遍生产。厚膜工艺平面变压器将绕组通过丝网印刷技术印制在基板表面，在经过高温烧结，基板上就会留有绕组的形状，其制成的变压器一般效率比较低，通常只适用于低频以及小功率的场合。pcb工艺变压器时随着19世纪90年代印刷电路工艺的发展而形成的一种新的变压器，pcb工艺变压器的优点是造价更低，其工作效率相对较高，但是由于其将绕组放置在在磁体外部，使得其体积相对较大，不能适用于高集成度的发展需要。相比较而言，ltcc工艺变压器同时实现了小型化和轻质量，更适用于集成电路中。
4.ltcc工艺变压器和传统铁芯式变压器在升压原理上是相通的，不同之处在于ltcc平面变压器没有闭合的铁芯，ltcc工艺变压器是以多层铁氧体为介质材料，由金属化通孔将对应瓷片上的金属线圈连接形成初级和次级绕组。ltcc平面变压器在体积和质量远小于传统铁芯式变压器，但是，目前的ltcc工艺变压器还存在耦合度低，容易短路等缺点。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于ltcf的叠层变压器，以解决现有tcc工艺变压器存在的耦合度低、易短路等问题。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于ltcf的叠层变压器，包括变压器本体和外电极；
8.所述变压器本体包括n层叠压在一起的ltcf铁氧体基板；每层ltcf铁氧体基板都由高磁导率铁氧体膜片、电极线圈和低磁导率铁氧体浆料组成；电极线圈印刷在高磁导率铁氧体膜片上表面，低磁导率铁氧体浆料涂覆在电极线圈的上表面和电极线圈最内层所包围的区域，电极线圈由同轴设置的第一次级金属绕组、第二次级金属绕组和初级金属绕组组成，初级金属绕组位于第一次级金属绕组和第二次级金属绕组之间，且相邻金属绕组之间互不接触；各金属绕组之间均通过金属连接件连接；每组金属绕组对应位置的高磁导率铁氧体膜片上设有第一金属通孔，对应位置的低磁导率铁氧体上设有第二金属通孔，第一金属通孔和第二金属通孔的中心线重合；叠压在一起后，各ltcc变压基板之间通过金属通孔实现电连接；
9.所述外电极用于给金属通孔接电，外电极分别连接第一层ltcc铁氧体基板和第n层ltcc铁氧体基板上的金属通孔。
10.进一步的，相邻两层ltcc铁氧体基板上的金属通孔错位设置，避免短路问题的同时使电流方向保持一致。
11.进一步的，所述低磁导率浆料还可以采用印刷方式使其附着在电极线圈的上表面和电极线圈最内层所包围的区域，以此简化制作工艺。
12.进一步的，所述高磁导率铁氧体膜片的磁导率大于500，所示低磁导率铁氧体浆料的磁导率小于40。
13.采用上述技术方案后，本发明具有了以下优点：
14.1、本发明是利用ltcc技术在铁氧体芯内实现变压器的直接集成。通过在电极线圈上表面和电极线圈最内层所包围区域涂覆低磁导率浆料的方式，将线圈绕组产生的磁通量限制在高磁导率铁氧体膜片的饱和磁通量范围内，使材料的选择更加宽泛，而且低磁导率的部分限制了磁通的流动方向，从而提升了绕组之间的耦合度。
15.2、本发明将低磁导率铁氧体浆料涂覆在电极线圈上表面和电极线圈最内层所包围的区域，无需额外设置低磁导率结构，保证了器件小型化。
16.3、本发明整体结构简单，易于操作。
附图说明
17.图1为实施例的叠层变压器截面图；
18.图2为实施例叠层变压器封装后结构示意图；
19.图3为实施例的叠层变压器中各层ltcc变压基板之间通孔位置关系展示图；
20.图4为实施例的叠层变压中相邻两绕金属绕组连接示意图；
21.附图标记：
22.1、高磁导率铁氧体膜片；2、第一次级金属绕组；3、初级金属绕组；4、印刷在电极线圈上的低磁导率部分；5、金属线圈最内圈所包围的低磁导率部分；6、第二次级金属绕组；7、外电极；8、变压器主体；9、金属通孔；10、金属连接件。
具体实施方式
23.下面结合附图来对本发明的具体实施方式进行进一步的说明。
24.如图1、2所示，本实施例提供了一种基于ltcf的叠层变压器，包括变压器本体8和外电极7。
25.所述变压器本体8包括n层叠压在一起的ltcc铁氧体基板。如图1所示，每层ltcc铁氧体基板都由高磁导率铁氧体膜片、电极线圈和低磁导率铁氧体浆料组成。
26.所述电极线圈印刷在高磁导率铁氧体膜片上1表面，低磁导率铁氧体浆料印刷在电极线圈的上表面和电极线圈最内层所包围的区域，即附图1中4和5表示的区域，电极线圈由同轴设置的第一次级金属绕组2、第二次级金属绕组6和初级金属绕组3组成，初级金属绕3组位于第一次级金属绕组2和第二次级金属绕组6之间，且相邻金属绕组之间互不接触。如图4所示，各金属绕组之间均通过金属连接件10连接；每组金属绕组对应位置的高磁导率铁氧体膜片1上设有第一金属通孔，对应位置上印刷的低磁导率铁氧体部分4设有第二金属通
孔，第一金属通孔和第二金属通孔的中心线重合；叠压在一起后，各ltcc变压基板之间通过金属通孔实现电连接。
27.所述外电极7用于给金属通孔接电，外电极7分别连接第一层ltcc铁氧体基板和第n层ltcc铁氧体基板上的金属通孔。
28.使用时，从外电极接入电流，电流通过金属通孔流入初级绕组，根据电磁感应原理以及磁耦合的效应，会在次级绕组上产生电流，电流通过金属通孔流入初级绕组，在初级绕组中顺时针流动，根据电磁感应以及磁耦合的效应，会在次级绕组上产生逆时针流动的电流，电流通过金属通孔流向出口外电极，继而流向外部电路。
29.本实施例利用ltcc技术在铁氧体芯内实现变压器的直接集成。制作时，根据应用需求，可以将高磁导率铁氧体膜片1制作成圆形或矩形、初级绕组和两组次级绕组制作为圆环、矩形环或方形环。此外，为避免连接出现的短路问题，上下两层ltcc铁氧体基板上的金属通孔采用错位设置的方式。具体参阅图3，这样设置一方面避免了短路问题，另一方面还可以使电流方向保持一致。需要说明的是：为清晰直观的体现金属通孔的位置关系，本实施例中的金属通孔均采用了柱状的表达方式。
30.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。