ПЛОСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР

Полезная модель относится к электронике и радиотехнике, в частности, к конструкциям плоских трансформаторов на основе многослойных печатных плат.
В настоящее время плоские трансформаторы находят свое применение в малогабаритных источниках питания. К ним предъявляются два основных требования: небольшие габариты обмоток и способность пропускать большие токи (единицы и десятки ампер). Это накладывает определенные ограничения на размеры и поперечное сечение токоведущих дорожек в обмотке. Учитывая, что существует технологическое ограничение по максимальной толщине проводящей дорожки, необходимая плотность тока обеспечивается либо увеличением ширины дорожки, что приводит к увеличению конечных габаритов трансформатора, либо параллельным или параллельно-последовательным соединением отдельных витков обмоток, что требует увеличения числа витков и, соответственно, числа слоев в плате и толщины печатной платы.
Известен плоский трансформатор [Патент РФ на полезную модель №60296, кл. Н05К 3/46, опубликован 10.01.2007], выполненный в виде многослойной печатной платы, содержащей изолированные друг от друга жесткие диэлектрические подложки с отверстиями и двухсторонней металлизацией в виде рисунка проводников и контактных площадок, соединенные в пакет с помощью прокладок из полуотвердевшей смолы, между которыми размещается дополнительный диэлектрический слой, выполненный из полиимидной пленки.
Недостатками данного трансформатора является, во-первых, использование жестких диэлектрических подложек, прокладок из полуотвердевшей смолы и дополнительного диэлектрического слоя, что увеличивает толщину многослойной печатной платы, а во-вторых, - при больших токах в обмотках, необходимость параллельного или параллельно-последовательного соединения витков в обмотках и, следовательно, дополнительного числа витков, что также увеличивает габариты трансформатора.
Наиболее близким техническим решением является плоский трансформатор, обмотки которого изготовлены в виде многослойной печатной платы [Патент РФ на полезную модель №120831 кл. Н05К 3/46, Н05К 3/40, опубликован 27.09.2012 - прототип]. Многослойная плата содержит слои гибкого диэлектрического материала с двухсторонней металлизацией, на основе которой выполнены элементы печатной схемы, в том числе витки обмоток плоского трансформатора и контактные площадки, и изолирующие прокладки. Витки между собой соединены отверстиями для создания межслойных электрических соединений. Изолирующие прокладки для разделения соседних слоев с рисунками печатных схем выполнены из полиимидной пленки. Открытые поверхности контактных площадок покрываются припоем, с помощью которого методом пайки осуществляется сборка в пакет всех слоев, входящих в конструкцию платы, что обеспечивает электрические и механические соединения в плате.
Недостатками данного технического решения являются относительно большая толщина многослойной печатной платы из-за использования изолирующих прокладок и необходимости дополнительных параллельных витков для обеспечения необходимой силы тока и недостаточная механическая прочность платы, так как механическое соединение слоев происходит только по контактным площадкам.
В основу полезной модели положено требование уменьшения массогабаритных параметров и повышение механической прочности платы при одновременном улучшении электрофизических параметров.
Поставленная задача решается тем, что обмотки плоского трансформатора выполнены в виде многослойной печатной платы, содержащей гибкие диэлектрические подложки с отверстиями и двухсторонней металлизацией в виде витков обмоток и контактных площадок, соединенные в пакет. Витки обмоток трансформатора, расположенные между подложками, представляют собой трехслойную конструкцию из двух слоев металлизации, принадлежащих двум соседним диэлектрическим подложкам, и слоя припоя между ними.
На фиг.1 показана многослойная печатная плата, из которой изготавливается плоский трансформатор предложенной конструкции, на фиг.2 - взаимное расположение слоев витка обмотки трансформатора на двух соседних диэлектрических слоях до сборки пакета.
Многослойная плата представляет собой пакет гибких диэлектрических подложек 1 с двухсторонней металлизацией в виде витков 2, причем форма витков на внутренних соприкасающихся поверхностях подложек зеркально симметрична (фиг.2). Каждый внутренний виток 2 выполнен трехслойным: два слоя металлизации, принадлежащих двум соседним диэлектрическим подложкам 1 и слой припоя 3 между ними (фиг.1). Витки между собой соединены металлизированными отверстиями 4. Механическое и электрическое соединение подложек в пакет осуществляется методом вакуумной пайки за счет слоя припоя 3 на поверхности витков и контактных площадок. Наружные слои многослойной печатной платы защищены паяльной маской 5 (фиг.1).
Пример конкретного выполнения.
Берут двухсторонний металлизированный полиимид, изготавливают переходные отверстия, металлизируют их. Методом фотолитографии формируют витки обмотки в виде спиралей и контактные площадки на каждой из сторон полиимидной подложки, при этом рисунок спиралей и контактных площадок на двух внутренних соседних подложках зеркально симметричен (фиг.2). Поверхности спиралей и контактных площадок полностью покрывают слоем припоя и соединяют между собой методом вакуумной пайки при сборке подложек в пакет, формируя, таким образом, трехслойный внутренний виток обмотки трансформатора, что обеспечивает высокую механическую прочность соединения слоев платы.
Внешний контур и окно для сердечника выполняется механической обработкой, например, фрезерованием. После установки многослойной печатной платы в корпус сердечника проводят сборку в соответствии с требованиями электрической схемы.
Таким образом, поставленная задача решена благодаря предложенной конструкции. Уменьшение массогабаритных параметров достигается уменьшением толщины многослойной печатной платы путем исключения из конструкции, описанной в прототипе, межслойной изоляции и уменьшением числа витков за счет увеличенного более чем вдвое поперечного сечения витка. Увеличение площади паянного соединения между подложками увеличивает механическую прочность и надежность печатной платы. Трансформатор предложенной конструкции может работать при больших токах в обмотках благодаря увеличению толщины поперечного сечения витков обмоток