СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНОГО ТРАНСФОРМАТОРА НА ОСНОВЕ МНОГОСЛОЙНОЙ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
METHOD FOR PRODUCING A PLANAR TRANSFORMER BASED ON MULTI-LAYER PCB

Изобретение относится к электрорадиотехнике и может быть использовано при изготовлении планарного трансформатора, предназначенного для использования в портативных электронных устройствах.
Известен способ изготовления планарного трансформатора, описанный в заявке на изобретение №93006715, от 03.02.1993 г. опубл. 20.04.1995 г., заключающийся в том, обмотки формируют на фольгированном диэлектрике путем травления фольги в местах, не защищенных фоторезистивной маской. После этого печатные обмотки собирают в пакет, разделяя их клеящими прокладками. Межслойные электрические соединения создают путем химико-гальванической металлизации сквозных отверстий. Таким образом, изготавливают как первичную, так и вторичную обмотку трансформатора. Затем в многослойной плате в центре обмоток создают отверстия для установки ферритового сердечника. Устанавливают и закрепляют ферритовый сердечник в данном отверстии и получают планарный трансформатор на основе многослойной печатной платы. Толщина многослойной обмотки ограничена свободным пространством в ферритовом сердечнике.
К недостаткам известного способа относятся низкая надежность межслойных электрических соединений, полученных химико-гальванической металлизацией сквозных отверстий, большое электрическое сопротивление обмоток, обусловленное малой величиной поперечного сечения, вследствие конечной толщины фольги на фольгированном диэлектрике. Это в свою очередь приводит к значительным потерям мощности на активном электрическом сопротивлении обмотки при протекании больших токов в мощных дросселях.
Известен способ изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы, описанный в статье «Планарный трансформатор на основе многослойных печатных плат» из журнала Компоненты и технологии, 2003, №6, с. 106-112. Способ изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы, заключается в том, что изготавливают печатные обмотки трансформатора на фольгированном диэлектрике путем травления фольги в местах, незащищенных фоторезистивной маской. Затем печатные обмотки собирают в пакет. Их разделяют клеящими прокладками. После чего прессуют пакет при температуре отверждения клея. Изготавливают межслойные электрические соединения между смежными обмотками в многослойной печатной обмотке путем химико-гальванической металлизации сквозных отверстий. Таким образом, изготавливают как первичную, так и вторичную обмотки трансформатора. Их соединяют между собой склеиванием. Затем в обмотке трансформатора создают отверстия для установки ферритового сердечника. Устанавливают и закрепляют ферритовый сердечник в обмотке трансформатора и получают планарный трансформатор на основе многослойной печатной платы. Толщина многослойной обмотки ограничена свободным пространством в ферритовом сердечнике.
К недостаткам способа следует отнести низкую надежность межслойных электрических соединений, полученных химико-гальванической металлизацией сквозных отверстий, малую толщину витков обмоток, которая ограничена толщиной фольги на фольгированном диэлектрике. Это затрудняет получение витков с большим поперечным сечением, необходимым в мощных планарных трансформаторах с допустимым током, например, 30-40 А и выше.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является способ изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы, описанный в патенте РФ №2345510, МПК H05K 3/46, опубл. 27.01.2009 г., включающий изготовление медных витков обмоток с контактными площадками в соответствии с фоторезистивным рисунком, обмотки укладывают в пакет с включением между ними клеящих прокладок, затем проводят прессование пакета при температуре отверждения клея, создают межслойные электрические соединения обмоток и отверстия в обмотках, в которые устанавливают ферритовый сердечник, запрессовывают прокладку в витки при температуре отверждения клея
К недостаткам способа следует отнести:
- необходимость дополнительного оборудования, и сложность технологического обеспечения;
- малое количество витков;
- сложность техпроцесса, включающего необходимость дополнительной технологической оснастки.
Задачей изобретения является создание способа изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы с улучшенными эксплуатационными характеристиками, а именно высокой эксплуатационной надежностью и технологичностью конструкции с обеспечением оптимизированного размещения элементов на печатной плате, а также с малой индуктивностью рассеяния.
Технический результат заключается в том, что удалось изготовить планарный трансформатор на основе многослойной печатной платы с надежными межслойными переходами и низким значением электрического сопротивления обмотки, внести в многослойную обмотку большее количество слоев, исключив из конструкции текстолитовую основу, а также позволило расширить номенклатуру используемой фольги, позволяющей максимально эффективно использовать свободное пространство ферритового сердечника, клепанные и опаянные контакты для соединения витков вместо переходных отверстий обеспечили надежность соединений конструкции, снизить индуктивность рассеяния за счет нанесения ферромагнитного материала.
Это достигается тем, что в способе изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы, включающий изготовление витков обмоток с контактными площадками в соответствии с фоторезистивным рисунком, печатные обмотки укладывают в пакет с включением между ними клеящих прокладок, затем проводят прессование пакета при температуре отверждения клея, создают отверстия в обмотках, в которые устанавливают ферритовый сердечник, запрессовывают прокладку в витки при температуре отверждения клея, согласно изобретению, в качестве обмоток используют заготовки из спрессованных между собой не менее чем двух металлических листов, с предварительно нанесенным, на свободную поверхность от нанесенного витка, слоем ферромагнитного материала, затем изготавливают печатную плату, выполняют в ней сквозные отверстия, в которые закрепляют металлические контакты, замыкают витки металлическим проводником на установленные металлические контакты.
Кроме того, с целью обеспечения заданной толщины трансформатора, в качестве металлических листов используют фольгу.
Кроме того, с целью снижения индуктивности рассеяния, в качестве ферромагнитного материала используют никель.
Кроме того, витки замыкают путем распайки.
Кроме того, в качестве металлических проводников используют проволоку.
Кроме того, в качестве ферромагнитного материала используют никель.
Кроме того, металлические контакты закрепляют путем расклепывания и опаивания.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано следующими чертежами.
На фиг. 1 представлен вид заготовки с витком трансформатора;
На фиг. 2 представлена конструкция трансформатора.
На чертежах введены следующие обозначения:
1 - клеящая прокладка (препрег);
2 - металлические листы (медная фольга) с нанесенным ферромагнитным материалом;
3 - виток;
4 - слой ферромагнитного материала;
5 - заготовка с витком трансформатора
6 - металлические контакты;
7 - металлический проводник (проволока);
8 - отверстия для установки ферритового сердечника.
Способ изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы осуществляется следующим образом.
В основе конструкции в качестве обмоток используют заготовки 5 из спрессованных между собой не менее чем двух металлических листов 2, например фольги, между которыми прокладывают клеящую прокладку 1 (препрег). Затем на металлических листах 2 (фольге) заготовки, с внешней ее стороны, вытравливают рисунок топологии, представляющий собой один виток 3 (фиг. 1). После этого на свободную поверхность от нанесенного витка 3, наносят слой ферромагнитного материала 4, например, никель химическим способом, на следующем этапе с помощью клеящей прокладки 1 (препрега) склеивают между собой отдельные заготовки 5 в единую конструкцию (фиг. 2, вид А-А), создают отверстия 8 в этой конструкции для установки ферритового сердечника и осуществляют сверление отверстий под установку металлических контактов 6. После изготовления трансформатора в отверстия расклепывают и опаивают металлические (медные) контакты 6, их толщину рассчитывают в зависимости от силы тока с учетом заданного сопротивления витков 3. Всю конструкцию трансформатора соединяют путем распайки металлических проводников 7 (медной проволоки) необходимого диаметра на металлические контакты 6.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
- снизить индуктивность рассеяния;
- удалось изготовить планарный трансформатор на основе многослойной печатной платы с надежными межслойными переходами и низким значением электрического сопротивления обмотки;
- внести в многослойную обмотку большее количество слоев, исключив из конструкции текстолитовую основу;
- расширить номенклатуру используемой фольги, позволяющей максимально эффективно использовать свободное пространство ферритового сердечника.
Этот способ не требует внедрения дополнительной оснастки и технологических операций, отличных от типовых процессов изготовления печатных плат.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных конструктивных решений, а именно получен способ изготовления планарного трансформатора на основе многослойной печатной платы.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».