Brevet FR2727785A1 — publié le 19960607

TITRE: CoMPOSANT D' IDUCTANCE/TRANSFORATEUR EXTRA-PLAT AUMTECDMTS DE L' IUVK I[ DCOblNE DE L'INVENTION La prisente invention concerne les composants électroniques extra-plats. Plus particulièrement, la pr&sente invention concerne des composants inducteurs transformateurs extra-plats, bon marché, et à hautesperformances PROBL]MES DE L'ART L'industrie électronique a besoin de composants extra-plats, bon marché et à hautes performance Des applications telles que les cartes PCOICIA, les ordina- teurs portables, et d'autres dispositifs électroniques,i espace disponible très limit& exigent que les construc- teurs fournissent de tels composants. L'art antérieur i l lus t r edes composants électro- niques extra-plats; mais la plupart des conceptions -2 - extra-plates reposent essentiellement sur des conceptions Àplanar",formées à partir de couches alternées de matériau isolant et de feuille de cuivre ou de techniques impli- quant des bobines formées sur les couches multiples de cartes de circuits imprimés. Ces conceptions de l'art antérieur impliquent un coût élevé et présentent aussi des inconvénients de production. D'autres conceptions de l'art antérieur pour des applications extraplates, comportent l'utilisation d'inductances toroidales. Bien que ces réalisations a inductances toroidales soient électriquement efficaces, elles demandent beaucoup de travail pour leur enrouleaent et leur achèvement. Les sorties de bobines d'inductance/transforma- teur traditionnelles sont terminées par une borne métallique distincte qui est moulée à l'intérieur de la barrette. Les bornes moulées augmentent de deux à trois fois le coût de la barrette. Cette conception de l'art antérieur exige une connexion soudée distincte interne au composant. Ces connexions mécaniques créent un point dans le composant o- peut se produire une d&faillance, donnant un produit d'une fiabilité inhérente réduite. CARACTERISTIQUES DE L'INVENTION Une premi--;re caractéristique de la présente invention est la fourniture d'un composant inducteur /transformateur extra-plat, à hautesperfor- manc. Une autre caractéristique de la présente -3- invention est la fourniture d'un composant inducteur/- transformateur extra-plat ayant un noyau monté au moins partiellement à l'intérieur de la structure de la barrette de support. Une autre caractéristique de la présente inven- tion est la fourniture d'un composant inducteur/transformateur extra-plat utilisant un enroulement autoporteur, évitant la nécessité de recourir i une bobine. Une autre caractéristique de la présente inven- tion est la fourniture d'un composant inducteur /trans-- formateur extra-plat qui est collé avec un adhésif époxy. Une autre caractéristique de la présente inven- tion est la fourniture d'un composant inducteur /trans- formateur extra-plat,ayant un noyau de ferr4te qui peut - comporter une pluralité de formes différentes. Une autre caractéristique de la présente inven- tion est la fourniture d'un comosant inducteur /trans- formateur extra-plat, ayant den bornes i enroulement de fil évitant de recourir une borne métallique formée dans la barrette. Une autre caractéristique de la présente inven- tion est la fourniture d'un composant inducteur /trans- formateur extra-plat pouvant être utilisé dans les cartes PCXCIA, les ordinateurs portables ou du type bloc-xtes, den circuits convertisseurs CC-CC(co.ant contim) pour des dispositis/fxc- tionnant sur batterie, et d'autres produits exigeant une tris grande densité d'intégration. Une autre caractéristique de la présente inven- tion est la fourniture d'un camposant inducteur/tras- -4 - formateur extra-plat qui peut être facilement assemblé avec des techniques de production automatiséees. Ces caractéristiques et d'autres de la présente invention seront évidentes à partir de la description et des revendications suivantes. RESTe DZ L' INEVTIGC Un composant - inducteur /transformateur extra- plat de la présente invention comporte une barrette ayant une pluralité de projections, un noyau et une bobine de fil pré-enroulée. La barrette est formée en une seule pièce de plastique mroul. Un évidement est formi dans la barrette pour recevoir une partie du noyau. Une bobine de fil est disposée entre une moitié inférieure du noyau et une moitié supérieure de celui-ci. Le noyau est dispose dans l'évidement de la barrette et le tout est collé avec un adhésif. La nature extra-plate de la présente conception est partiellement réalisée en ingérant le noyau -dans l'évidement de la barrette. Les bornes sont formées par les projections qui s'étendent à partir de la barrette et les sorties par fils qui s'étendent à partir de la bobine de fil. Les sorties par fils sont d'abord enroulées autour des projectic n éde la barrette puis immergées dans de la soudure à 1' étain fondue. Les bornes formées sur les projections de la barrette constituent une terminaison très bon marché, et -evitant de recourir à des bornes métalliques moulées qui existent sur de nombreusanes barrettes de l'art antérieur. -5- Le composant terminé.peut être mont- sur une carte à circuits imprimés de plusieurs manières diff tes dont le montage sur la surface de la carte et le montage à travers sa surface Par ailleurs, n' importe quelle formes de noyau peut être utilisée avec la présente invention. BREmV DmSCRIPTIO D DlAmS La figure 1 est une vue éclatée d'un mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 montre une vue agrandie de l'une des bornes formies par une projection de la barrette et une sortie i fil. La figure 3 montre des vues latérales d'autres montage sèlon la présente invention sur une carte a circuits imprimes. La figure 4 montre d'autres formes du noyau de ferrite de la présente invention. DECRIP DEIW AE D U OE DEmuE IST5I PR La présente invention sera décrite telle qu'elle s'applique à son mode de réalisation préféré. L'intention n'est pas de limiter la présente invention au mode de réalisation décrit. L'intention est que l'invention couvre toutes les alternatives, modifications et équi- valences qui peuventy être incluses dansson esprit et s u,.tendue. La figure 1 montre une vue éclatée d'un çComposant - 6 - de la présente invention. Le composant 10 est réalisé avec d'abord une barrette 12. La barrette 12 est composée d'une seule pièce d'une matière plastique moulée. Cette matière plastique est sélectionnée pour résister à la haute température impliquée (supérieure à 230eC) dans le procédé de fabrication du composant et dans le procédé d'assemblage de la carte à circuits imprimées pourl'utilisateur. La barrette 12 comporte une pluralité de projections 14 qui s'étendent à partir de cette barrette Ces projections 14 sont utilisées pour former les bornes du cmposant. La barrette 12 comporte un évidement 16 qui est form de telle sorte qu'une moitié de noyau inférieure 18 puissae tre reçue dans l'évidement 16. La conception de labarrette est très bon marché pour la production en masse avec les techniques industrielles standar-d de moulage. La nature extra-plate du composant global 10 est réalisée en passant une partie du noyau à travers la barrette 12. A l'aide de cette technique, la hauteur maximum du composant 10 est déterminée par la hauteur requise d'un noyau empilé verticalement. Comme le montre la figure 1, la moitié de noyau infé- rieure 18 est disposée dans l'évidement 16 et s'étend au moins partiellezent à travers la barrette 12. La moitié de noyau inférieure 18 est accouplée de façon semblable à une moitié de noyau supérieure 20 qui est disposée au-dessus de la moitié de noyau inférieure 18. Entre la moitié de noyau inférieure 18 et la moitié de noyau supérieure 20 est disposée une bobine pré-enroulée 22. Un adhésif 24 -7 est utilisé pour coller l'ensemble après l'assemblage de la barrette 12, de la moitié de noyau inférieure 18, de la moitié de noyau supérieure 20, et de la bobine 22. Le composant 10 est collé avec l'adhésif 24 en couvrant une surface au niveau de leur ligne de raccordement des deux moitiés de noyau et la ligne de jonction entre la moitié de noyau inf rieure 18 et la barrette 12. La figure 1 montre aussi un autre emplacement pour l'adhésif de collage 24A quand des noyaux à entrefer i branche cen- trale sont utilisés dans le composant 10. La construction- collée par adhésif fournit un composant solide avec toutes les matières soudéees ensemble. La construction collée éliminera aussi le rouflement" dans les enroule- ments de transformateur ou d'inducteur, qui est une critique courante. La conception de base de la moitié de noyau inférieure 18 et de la moitié de noyau supérieure 20 de la présente invention peut utiliser une grande variété de styles et de matières pour le noyau. La figure 4 montre plusieurs exemples de conceptions de noyau possi- bles comportant, mais sans S'y limiter, les noyaux E-E 32, ER 34, ER-I 38, E-I 36, C-C 40, C-I 42, Pot 44, Pointe-Disque 46, et Pointe-Godet 48. Tout noyau peut être assemblé autour de bobines pr-enrouléas selon la présente invention. Une variété de matières peuvent être sélection- nées pour les noyaux de la présente invention, le choix préféré étant le plus souvent de la ferrite en raison de ses propriétés inhérentes. Les applications les plus courantes des composants extra- plats 10 sont les circuits convertisseurs CC-CC, lesquels exigent typique- ment le choix d'une matière de noyau en ferrite. De plus, la ferrite peut présenter des formes complexes. Par ailleurs, lorsqu'elle est utilisée avec des noyaux à entrefer, la ferrite est la matière de noyau la plus désairable pour l'utilisation dans un convertisseur CC-CC. Les enroulements des bobines 22 dans la présente invention sont conçus pour être des bobines à spires parfaitement jointives, autoporteuses afin de fournir la meilleur efficacité volumétrique. Par ailleurs, la bobine traditionnelle utilisée auparavant dans des conceptions semblables, est éliminée afin de réduire les exigences de volume i l'intérieur de la fenêtre d'enroulement, raduire la hauteur et diminuer le coût en matière. Les bobines 22 de la présente invention peuvent être produites avec un matériel automatisé existant qui peut fournir une fabricatico importante avec un coût de main- d'oeuvre très bas. Les enroulements individuels peuvent être conçus pour utiliser la taille de fil la plus désirable en fonction des exigences électriques du circuit. Antérieu- rement, les transformateurs bobinés et assimilées étaient conçus avec une seule taille de fil pour obtenir le coût en composants le plus bas. Core le montre la figure 1, chaque bobine comporte une pluralité de sorties par fils 26s,éte-nd-t depuis la bobine 22. Chaque sortie par fil 26 sera connectée à une projection de barrette 14 pour former une borne. La figure 2 montre coment les bornes de la -9 présente invention sont formées. Chaque sortie par fil 26 provenant de la bobine pré-enroul1e 22 forme une ter- minaison sur la projection de barrette appropriée 14. La sortie par fil 26 est enroulie autour de la projection de borne 14 en une forme de ressort. Quand cette terminai- son en forme de rressort est ibergée dans de la soudure à l'étain fondue, l'isolant du fil fond. Le "ressort" est étamé en une forme cylindrique continue qui forme la borne. Les bornes à connexion enroulée peuvent être formées par dessus les projections de barrettes 14 qui ont une multitude de formes. Par exemple, les projections de barrette pourraient avoir une section circulaire, ovale, rectangulaire, carrée, trapézo5dale, ou autre quelconque. Différentes formes de projections 14 donnent différents avantages selon les profils envisagées avec l'enrouleur automatisi, et la surface de carte à circuits imprimés sur laquelle le composant est monté. De manière caractéristique, le nombre de bornes sur un composant peut varier de quatre à douzePo"r des compos- ants présentant ce type de conception de base. Bien sûr, d'autres conceptions peuvent inclure un nombre différent de bornes. Les bornes à connexion enroulée de la présente invention permettent l'utilisation d'une barrette bon marché et constituent aussi une terminaison très bon marché. Le coût de la terminaison est bas puisqu'une borne métallique distincte n'a pas à être moulle dans la barrette 12. Le coût d'une borne mmouléen augmente - 10 - considérablement le co t d'une barrette. Ces bornes à connexion enroulée ont aussi l'avantage d'éliminer une connexion mécanique pour chaque borne sur le composant 10. La raison de ceci est que sur une borne moulée traditionnelle, une connexion peut être faite entre le conducteur de la bobinre et la borne métallique moul&e. La conception d'induct eur/trans formateur selon la présente invention avec la barrette 12, les enroulements 22, les demi- noyaix 18 et 20, et les terminaisons peut facilement être assemblée avec des techniques de produc- tion automatisées. L'enroulement 22 peut être enroulé automatiquement sur un matériel d'enroulent existant. La barrette 12, les demi- noyaux18 et 20, et l'enroule- ment 22 peuvent être assemblés semi-automatiquement sur un matériel automatisé. L'adhésif de collage 24 peut être appliqué avec un matériel de distribution automatique. Les terminaisons peuvent aussi être terminées automati- quement avec un matériel qui est semblable au matériel traditionnel 'à connexions enroulées. La conception de la présente invention permet de monter le composant 10 sur une carte à circuits imprimés (CCI) 28 d'une variété de manières. La figure 3 motre certains exemples de différentes configurations de montage. Par exemple, le composant peut être monté sur la surface de la CCI (figure 3A), à travers la surface de celle-ci (figure 3B), ou selon une autre forme de composanet faisant saillie à travers la CCI avec les parties de bornes du composant montées sur l'une ou l'autre surface decele-ci (figure 3C, 3D). - 11 - Quand la présente invention est appliquée à un transformateur, une performance désirable, avec des enroulements véritablement isolés, est facilement réali- sable avec cette conception de composant. Très peu de constructeurs offrent actuellement des transformateurs véritablement extra-plats qui peuvent âtre utilisés dans les circuits convertisseurs CC-CC des applications PCUCIA de Type II. Des enroulements isolés offrent un avantage considérable puisque des tensions à la fois positives et négatives doivent être générées i partir d'une seule source de tension. Le degré d'isolation peut être accru en enduisant les noyaux d'une matière isolante telle que de la "'aylène"et en ajoutant des rondelles isolantes de matière diélectrique telle que du mylar entre les bobines enroulées durant l'assemblage. La présente invention est conçue pour avoir une efficacité volumétrique maximale, un nature extra-plate, et une tenue en courant relativement élevée. De préf6é- rence, les composants de la présente invention sont fabriquées avec un matériel automatisé et ont un faible coût de matières premières. Ces matières sont soigneuse- ment sélectionnées pour résister à 1' environuet diffiile, rencontré par les composants à montage en surface durant leur procédé de fabrication et le cycle de vie du produit. - 12 - Revendications: 1. Composant électronique extra-plat comprenant: une barrette ayant un évidement formé i l'intérieur de celle-ci ladite barrette formant une pluralité de projections m'&tendant à partir d'elle; une première et une deuxiime m0itiés formant un noyau ledit noyau étant au moins partiellement disposé à l'intérieur dudit évidement; une bobine pré-enroulée disposée au moins partiellement i l'intérieur dudit noyau, ladite bobine pré- enroulée ayant une pluralité de sorties par fils; au moins l'un de ces sorties par fils étant enroulée autour de 1'une desdites projections formant une borne du composant. 2. Composant électronique extra-plat selon larevendi- cation 1, dans- lequel ladite barrette et ledit enseble noyau sont collés ensemble avec un adhésif. 3. Composant électronique extra-plat selcn la revendi- cation 1, comprenant en outre une couche de soudure i l'étain disposée par dessus au moins une partie de ladite borne d composant. 4. Composant électronique extra-plat selon larevendi- cation 1, dan lequel ledit composant forme un transfor- mateur. 5. Composant électronique extra-plat seloe larevendi- cation 1, dans lequel ledit composant forme un indue- 6. Comsposant électronique extra-plat selc larevendi- cation 1, dan lequel ledit ccposant est un composant à - 13 - montage en surface. 7. Composant électronique extra-plat selon larevendi- cation 1, dans lequel ladite barrette est réalisée em une matière plastique capable de résister à des températures d'au moins 230C. 8. Ccsposant électronique extra-plat selon la revenrdi- cation 1, dans lequel lesdites premnires et deuxièe moitiés de noyau sont réalisées en ferrite. 9. Composant électronique extra-plat selon la revendi- cation 1, dans lequel lesdites projections ont une section rectangulaire. 10. Composant électronique extra-plat selon la revendi- cation 1, dans lequel lesdites projections ont une section ovale. 11. Composant électronique extra-plat selon arevendi- cation 1, dans lequel lesdites projections ont une section trap&zoidale. 12. Composant électronique extra-plat selon larevendi- cation 1, dans lequel lesdites projections sont réalisées dans la même matière que ladite barrette. 13. Composant électronique extra-plat selonla revendi- cation 1, dans lequel ladite bobine pré-enroulée est une bobine autoporteuse. 14. Composant électronique extra-plat selon la revendi- cation 1, dans lequel ledit évidement s'étend entièrement à travers ladite barrette. 15. Procédé de production d'un composant électronique extra-plat comprenant les étapes de: fourniture d'une barrette ayant un évidement formé à l'intérieur de ladite - 14 - barrette, qui forme une pluralité de projections s' tendant à partir de ce 1 le-ci fourniture d'une première moitié de noyau disposueau moins partiellement à l'intérieur dudit évidement; fourniture d'une bobine pré-enroulée disposée par dessus ledit premier élément de noyau, ladite bobine ayant une plura- lité de sorties par fils s'étendant i partir de ladite bobine; fourniture d'une deuxiLme moitié de noyau dispo- sée par dessus ladite premirze mDitié et ladite bobine pré- enroulée de telle morte que ladite bobine soit disposée entre lesdits premier et deuxie moitiés de noyau, ladite deuxiè mo i t i é et et ladite première moitié ayant un accouplnt semblable; enroulement d'au moins une des sorties par fils autour de l'une des projections formant une borne; application de ladite borne à de la soudure à l'étain fondue.