Многослойный индуктивный элемент и способ его изготовления

 

Изобретение относится ; эл1:ктротехнике и может быть использовяьо в изготовлении трансформаторов и дпосселей для микроэлектронной аппаратуры . Цель изобретения состой в улучшении массогабаритных показателей. Устройство состоит из набора п ферромагнитных пластин: внешних 1 и 2 и внутренних 3. На поверхности внутренних FLiacTHH с двух сторон расположены прямоугольные спирали 5 из проводящего материала, которые соединены через отверстия 4 в ферромагнитных слоях. На поверхностях каждой пластины , свободной от обмотки, размещена магнитодиэлектрическая масса 6, толщина которой равна толщине спирали. На внешних пластинах проводящий и магнитодиэлектрический материал нанесен с одной стороны. Спирали соседних пластин соединены между собой по всей поверхности, внутренняя длина стороны сиирали а выражению а ВЦ 4h, определена по где hg - толви (% щина внешней пластины, которая определена по выражению hg 0,1а, где а - средняя длина стороны витка спир али. 2 с.п. ф-лы, 5 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 7 А1 (1) 4 Н 01 F 17/04, 41/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4090511/24-07 (22) 23.07.86 (46) 23.05.88. Бюл. ) 19 (72) С.Ш.Щерб, А.Н.Бормашон и С.В.Жуковский (53) 621.396.662.2(088.8) (56) Авторское свидетел, -твс ". (.Р

М 1267490, кл. H 01 F k///О- .-, 98э.

Патент Фр",. öèè 2379229„ кл. Н 05 К 1/14, 1978. (54) МНОГОСЛОЙНЬЙ ИН7YI I! IHklk!й 3Л(. .1Гk:

И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТ )ВЛ1 ;НИЯ (57) Изобретение относится с э -гкт;.стехнике и может быть использов |о в изготовлении трансформаторов и веселей для микроэлектронной аппаратуры. Цель изобретения сос.тои- в улуч— шении массогабаритных показателей.

Устройство состоит из набора и ферро— магнитных пластин: внешних 1 и 2 и внутренних 3. На поверхности внутренних пластин с двух сторон расположены прямоугольные спирали 5 из проводящего материала, которые соединены через отверстия 4 в ферромагнитных слоях. На поверхностях каждой пластины, свободной от обмотки, размещена магнитодиэлектрическая масса 6, толщина которой равна толщине спирали.

kla внешних пластинах проводящий и магнитодиэлектрический материал нанесен с одной стороны. Спирали соседних пластин соединены между собой по всей поверхности, внутренняя длина стороны спирали a,„ îïðåäåëåíà по выражению а8 4h, где h — тол8н ь щина внешней пластины, которая опре— делена по выражению 1 0,1а, где а — средняя длина с.тороны витка спирали. 2 с и. ф лы, 5 ил.

13<37977 в — 1)в где а ч.П.) .;шае.iос г. ю Ъ, " и :< 1l(i: { :

1{ », (! !»>

- :.. l l е 1

1<,<, а !...(и»н» ! )1> Т ("на(. (<

"> -. (:-:.. >(!»и от-.

>! »ч ь

>я г ) ) про

1«В»Я г.

U,1 I! Г. <(! 1 (>« >< (< !i ° .

>! )> IЬ !, <

l<»! „

I » !! «!

>.<> ; : Г<Г РЕ

117 о! 7(те!{ие « i»:ос» г -.я к э. !ектро « ХНИКГ E: ЧаСТНОС ТИ К E(OHCTP V»{PC вагп(ю и, ехнологи» изготовления рад»(<техн !чсских элементов, использу — г; 1 б,)» дн(,I)(I f H T 2 г р 3 7 b H bi# схемах -! м»кр )сборках, а конкретно к,",россе.<;ям, катуи!кам индуктивности.

11 7ь »злбретеH»)f — у:Iучшение Màccогаб,<р:{тных показателей индуктивно- 10 г; ).!емента.

11а -

1, Глс й>(ый »нлуктивный элемент, ! )()ЕЗ На фllf Г{Е! "1 РЕННЯЯ ЧЕГllr{H г»нз; з ф»г.) — внутренняя не,.я п:; т !»; »а фиг. - — внешние

:.!.< >: Р: НЯЯ >! ЧЕтнаЯ П;(а(-ТИНИ; — <»(ею((я»{ г< рхняя четная. :а т<»>({. т.—. !Н()Г,— » спира:!Ьной (, ",t .:;, : .(О((ЕШЕННОй

« .. p, ) < (! f T >! "I>i; l Г;) е (а "lи ги:<я !» (<1 (г< роны вит40 ка i- »р-!Пи

1; — т. ги(»>l;I !<:l(и:ни". ф(ррома(((» Н>" (! <.. (< н

«1);,. <.т !<:. (>{ I,; >!»т((ая;:., Н,шаем«с (I:. >. (к! и «п» ка—

С, и:(в <Г . <н 1 -и!т и> «!«пе)1"ГМ Г «Г .; > I 11 l

< (>(1!!Е (7 r 1((1 > Р : )!< ! l< ><а выб»г) де Tс ". » < у< .ло| <, I

r Г) .

TIP Т-I. Ю:Ц»е

«,пи г T< .. 1< «÷;-(!ке 1,((ни (l t х ) i о ;< <(, г ОГ li »в li »м, 111 <) г>(

1; °, (7 >< Ь >1<.

; () )да(i»ûõ токами в сосег(них спиралях и, ЕНх следствие, их взаимная компенсания, Указанное обстоятe7 ство по— зволяс-т значительно,мен(ииить толшины внутренних пласт»н без уменьи:ения индъ (тивности многослойного индук t E{T«(ого элемента. !

),:!я тог», чтобы уменьшить сопротивлен»е сс:рдечника магнитному потоку, г(р»водится заполнение пустот магнитодиэлектрич "кой масс»й » формируется керн сердечника, который ра— вен длине внутр({н;!Ой стороны сп »рали, »»р де:!яемой и» выра)кению длина вHу7 1) 2Hн с и от»ро— ны с пир али .

) (» и() зв »ля 2т получите эф < еE(TIIEI ную H»iîøàäü керна, равную ил(! (<()»!,(I«7 ффс кт»н ной пл»щади в неигней пи! ас т:-!"

:{и;. Г друг о ) стороны, так»е г(ри <на

«. I К:К <) СЗ (. 1 Уж» E {НИ(. 7<, >(r) I <. : ра !«É, <. »единение их Всеи п»вер .н>)

Г Т < Ю П .". .ВОДИТ К Г Ни КЕE .E»(<) 01(P(., (B.: н(-.я»! «в. Дников влектрическому т()ку. < T «H i О Г()ЭИ(<ОПИТ К Г{«Р-И!ИЕ—

fi»fc 1i 1 и>l,(у к . <{вн»го J»2ме i ò,, 1, м ((ьи:, . то я»«.рс påâ, в«эраст:<ет»ь у i уч(иа!и .с я I»Hc c((,а б rip»T (ы ) к а<3 аг> :!» . 1!<Огослойный индуктив: и»: -(Г »с нт, cт ): i » < нне (<ней ниж({с и )! „«Пх" е;

2 и.< ас тин, внутренних че тi

5, магнитодиэлектрической мас ы 6, контактных плоцадок 7 .

1!ногослойный индуктивный элемеHT (ф»г 1) Гост()ит»з внешн (х ни: ней 1 вер- 1(е» ) г(пастин, изгстов:<- нных!

{з ф. рро {агill»тного материа;{а, например., >!»ке (ь- ((»нового феррита, Т .-".(.(Г. г»н 1, и<>!б)<{эае (Г(= из, с 72 l< —: ){((;, ;(!(я я дл.{на Гт»р l! Пит. а < ш.ра 1,», ко. рая ра, меи(ается 1 а»днзй с.и ороit!

ННЕI{ .

>, il2UtE{I»if. l Н»»)((НЕ({ H В<- РХ(« lf

ПЛПГИ,! l, (Ì нте раси«лагаются внутре»вЂ” г!: е . Нг,! < Il(12ТII(l2 (. (1<»<,: 1 г <

1397977

55 пластины 3, на поверхности которых с двух сторон размещены спирали, со— единенные между собой через отверстия 4 последовательно согласно.

Внутренние пластины выполнены из ферромагнитного материала, например никель-цинкового феррита, их толщина выбирается минимальной из условий прочности. Спирали 5, контак — 10 тные площадки 7, заполнение отверстий 4 выполняются проводящим мате— риалом, например палпадиево-серебряной пастой, покрытой припоем. ВнуT ренняя длина стороны спира.<и а 15

Ь « выбирается из условия (3) . На Остаз— шуюся часть пластин размещается магнитодиэлектрическая масса 6, высота которой равна высоте проводяшег<. материала. Соединения между пластина- 20 ми производятся всей поверхностью проводящ<ей спирали с !<зменением <:вправления закручивания ее на 180

Технологические опепации идут в с л р д ующ с Й и О с.л е д О в а т c. I I . ., О с и .

На внутренних ферромагн <т< ых пластинахх 3 высверлив ак<т отв ерс тия заполняют их провс дящс и паллад»онов серебряной пастой, наносят с двух сторон спирали 4 из прсводяш.;! пасты, а на внешние феррома! нитн:I<. пластины 1 и 2 наносят спирали 5 и кон— тактные площадки 7 с одной стор»»<<ы, Затем пасты, нанесенные на и <астинь<, вжигают, облуживают легкоплавким про-, 35 водящим материалом (припоем).

После облуживанин пространст. « между спиралями и до краев пластины заполняют магнитодиэлектр»ч.ско»,"<ас— сой, содержащей, например, мелкоди — 40 персный порошок никель-цинкового феррита и связующий материал, на высоту

lipcIHnqIIIttt го MATC p!Iала. Прп выборе приприпоя и связующего материала I3 магнитодиэлектрическпй магce н Обходимо, чтобы температура плавл< н»я при— поя и отверждения связующего материала были бл»зки.

Затем плас тины ск адывают !, мнс гас. !О Йный !<н$1:1е;< ив нь<Й эл< .ме н !, и а! р е I ют по температуры плавления "Ip»IIoH

При этом Оп.!авляс тся припой, нанесе<<-ный на спирали, и так как M<жду пластинами сп»рали c о<<рикзсак<тся Bct м» частямп поверхности, то так.,!« Обра— зОM происходит сс!ед!Iнс ние < пи!< l!< <: и образование <бмотки пнл, кт-,;;.,го эх!с мента НрН э тОЙ ж< т t M.lt. 1) ч! p < начина т< .я Отвс и кд< ни<. маги;<1 <д» ктрической массы. Выдерживают индук— тивный элемент при температуре полимеризации (поликонденсации) связующего материала до полного отверждения магнитодиэлектрической массы.

H р и м е р. Многослойный индуктивный элемент выполнен на пластинах из феррита марки М400НН, размер плас— тин 20х20 мм. Толщина внешних пластин выбрана из условия (2) и вэя а равной 1,3 мм для случая, когда внешняя длина сто!:Оны витка спирали сос— тавляла 19 мм, а внутренняя сторона спирали 6 м. <,,ри э том выполняется условие ;3)

В MM - < 1,3 мм = 5,2 мм, что 1 арачтируpT оптимальный магнитныи режим во всех частях магнитопровода.

Многослойный индуктивный элемент со7t ржит верхнктк< и нижнюк; пластины ъ размеры которых 20х20х1, 3 мм, и три внутренние пластины, две из которых чеTны<. и Одна нечетная. Размер внутренних пластин 20х20..0,3 мм. Толшина выбранных пластин выбрана из с<>ображения механической прочности, выт< к ающе Й H 3 условий TC KHc!

Hà Bct . пластинах выполнены проводяIttI4t спирали и технологические отBt"pc тия. Гирина проводников 1 мм, расстояние между соседними проводниками 0,5 мм, размеры контактных площадок 1,5х1,5 мм. На каждой пластине выполнено по 4 витка. Еонфигурая спира-<и на верхчей пластине выполнена по фиг.5, на нижней пластине — по фнг.4, на четных пластинах — ITo фиг.2

» на нечетной пластине — по фиг.3. Выло.-<пение спиралей включало следующие операции: нанесение методом сеткографии палладиево-серебряной пасты, вжи— гание пасты при температуре 780 С.

Далее пластины с нанесенными рисунками погружали в расплавленный припой типа ПОС1 50-18 с температурой плавления 1554 5 С . После оо.!уживаьп(я пространство меж;<у спиралями заполнили магнитод»электрической массой

Ъ

« разогретой до 70 С и содержащей

70 мас.Л порошка феррита 400.1Н

30 мас.,:, эпоксид <ой смолы 3:1,— — 20 с с тверд»толем тр»этаноламином. Затем

:!ла<.тины ук.:<адывак<т друг на друга (ф»г. 1, совмещая пр» - том проводя), 1397977

П111е рИСуНКИ На СМЕЖНЫХ ПяаСтИНа», а нагревают до температуры 160 С, вы— держиван)т 1-2 мин и охлаждают до температуры 135 С. При этои температуре выдерживают в течение 2 ч до полного отверждения магнитодиэлектрической массы.

В результате получен многослойный индуктивный элемент с габаритами

20х20х4,3 мм, массой 6,3 r и индуктивностьк 24 мкГн на постоянном токе

4,3 Л пр11 перегреве 50 Е, т.е. с

",ëå7!-Hi7é энергоемкостью З,эч х

10 и,!Г».Л . Таким образом, 1)реп(1агаемый индуктивный элемент об."а:1ает вь сон1 и энергоемкостью.

След: ьательно, предлагаемое тех— н1)ч(ское;7ешение 11озволяет улучшать

»1 )сс, 1 а: аpl! ()111(показате:IH многослой11н;7 » 71 1.: ого;лемента в Я раз. 1 ) p u z . 1 а и H о б р е т е н и я

»1, -r1I ;1, Tl ) .1Ь)Й g 1(— т, .,: ))111!1111 и ..:)акета соосн,> ра,.

"и; с T)11), H <1 к.-)ждой внутр, 1 1.: и -)(т) е, )б сия ее с торо! ., i 11!i р 7(т! !1Ы(. д б 1 от у соб )й )7ерез м

",1 1иэ)11:,::. .. ч рс TIH! в !глас TH— (П111 H 1 lii:с О )ii iтн:) СОС(.ДНИХ

1 :. 1 . 111: Г )) .,11111). н) 1 1е)»,1 с О бой, о т

I 1! ". (1 » Ц),;! Я 1 (М ЧТО С ЦE. . н м(»11,1;ен.!я .1асi о.-збаритных пока—

;, г (1-1. 1нлук г)1вногг э.)емента, он

1-11))к.-ч . гнит(;-,иэ.)1 к гричес.кой мас— .1 П.l а(. 11нli !11117О IH(Ны ферромаГHHT

:и, Hа и, Ht.p». 11 стих квжд 7й пласти— сл )бо тной .)T )б)»1отки, размещена

1 агнитоли" лек! pl!ческая масса, толщи— на:-;отop()1. равна толщине спирали, спиральные обмотки соседних пластин соединены между собой по всей их поверхности, спиральные обмотки выполнены прямоугольными, причем внутренняя длина а,„ стороны спирали определена по математическому выражению: а „ 417

10 где 11 толщина внешней пластины, ко; >рая определена по математическому выражению

1) — О, 1 а ) 15 где а — средняя длина стороны витка спирали.

2. Способ изготовления многослойного индуктивного элемента, заключающийся в том, что в пластинах высверливают отверстия, формируют прямоугольные спирали из проводящей пасты, пластины нагревают до температуры вжигания пасты, затем пластины сносно ск!)адывают и фиксируют ь сжатом состоянии, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения массi!габари,Hых показателей, прямоугольные спирали формируют На обеих сторо11ах пластины, отверст я пластин заполнян т пров(Ляц)ей пастой, пере„ складыванием пластин спирали всех пластин покрывают легкоплавким про— водящим материалом и заполняют поверхности пластин, свободных от спирали, магнитодиэлектрической массой, после складывания пластин их нагревают до температуры плавления

40 легк(плавкого проводящего материала и выдерживают до отвердения магнитодиэлектрической массы.

)Зо7977 а к а а i,! 3 ) тнраж ? 6

По;",пнс но Р

В!1!1ll. li1 Гог,:,1ар: гttt :.н ком11те-,а Ct. Гto д яам и моор "с t и откр -.ttit

1 130 5, 5о. кна, . —, Р 3 у;аI куя н: . ., л, ч, 5

/.роя; н, г, загс >o;t, у . 11роектная, ч

11 р o, 4 3?: 0, л,c T B p H t t —, я н p, ô t t (.Ос t .:, i < ..t, -. !нрк11на

Рс фактор 1. Грата..по 1 с "р ..т .1. О-: .,tHt g(Коррг.тор >l П ужо