一种印制电路板式多点可变电感线圈及其制作方法技术

一种印制电路板式多点可变电感线圈，其具有2~N层印制电路板，每层印制电路板上设置有一个螺旋线圈，并使任意相邻两层印制电路板的螺旋线圈匝数、线径相等，且绕制方向相同；第N层印制电路板的螺旋线圈始端仅与第N‑1层印制电路板的螺旋线圈末端相电连接，第N层印制电路板的螺旋线圈末端仅与第N+1层印制电路板的螺旋线圈始端相电连接，每层印制电路板的螺旋线圈的始、末端分别通过通孔连接到第一层印制电路板上的独立焊盘，使相邻两层螺旋线圈产生转向一致的电流方向以及一致的交变磁场方向。该产品生产方法简单、实用、成本低、可靠性高，组合不同层的螺旋线圈端点以产生N个可控且可调节的电感量，多点可变的电感量更能满足电器设计要求。

【技术实现步骤摘要】
一种印制电路板式多点可变电感线圈及其制作方法
：本专利技术属于印制电路板领域，具体涉及一种印制电路板式多点可变电感线圈，及其对应的制作方法。
技术介绍
：随着电子产品追求轻、薄、短、小的发展趋势，研制小型化、片式化的器件，以减小电子产品的整体体积和重量是势在必行的，而科技的发展、高频技术的应用，使电子产品高频化成为必然，作为磁性元器件中最重要的电感线圈，其片式化将带动磁性元件向小型化发展。电感线圈作为电涡流传感器的敏感元件，它的性能参数直接影响着电涡流传感器静态和动态性能。传统的电涡流传感器的电感线圈是通过手工或机器将一定线径的导线按照电涡流传感器所要求电感线圈尺寸大小和电感量大小绕制在一个骨架上，由于受绕制的方法或绕制工艺，骨架加工精度的影响，同样导线绕制的同样匝数的电感线圈的电感量相差较大。同时使用小线径的导线人工绕制电感线圈时工序比较烦琐，成本较高，且体积上不利于电子器件小型化、片式化的需求。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种加工简单、成本低、可靠性高的直接在线路板上制作多点可变电感线圈加工工艺方法。本专利技术通过在多层印制电路板上设置多类形状相似且匝数相等，并精确控制线宽、匝间距的螺旋线圈，通过对应连通组合不同层印制电路板上螺旋线圈的线圈端点，从而获得多点可变的电感量，并且能增加各层电感之间的耦合度，以更小的体积获得更大的电感量，从而有利于器件的集成化。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术手段加以实施：一种印制电路板式多点可变电感线圈，其具有2~N层印制电路板，每层印制电路板上设置有一个螺旋线圈，并使任意相邻两层印制电路板的螺旋线圈匝数、线径相等，且绕制方向相同；第N层印制电路板的螺旋线圈始端仅与第N-1层印制电路板的螺旋线圈末端相电连接，第N层印制电路板的螺旋线圈末端仅与第N+1层印制电路板的螺旋线圈始端相电连接，使相邻两层螺旋线圈产生转向一致的电流方向以及一致的交变磁场方向，每层印制电路板的螺旋线圈的始、末端分别通过通孔连接到第一层印制电路板上的独立焊盘，作为电感可变调节的连接点。进一步的，同层印制电路板上的螺旋线圈的匝间距相等。进一步的，所述的螺旋线圈为圆形螺旋线圈、规则多边形螺旋线圈中的一种。进一步的，所述的圆形螺旋线圈的每一匝均设置有同向设置的折变部，同一匝的线圈末端经折变部折向后向下一匝线圈继续延伸，通过该设置，能使圆形螺旋线圈每一匝的呈现圆周状，相对于整体呈圆形的，如涡卷状的圆形螺旋线圈，与电感理论计算公式的误差更小。进一步的，所述的印制电路板层数为2~N层，制作在该层数范围内的印制电路板式多点可变电感线圈，其电感量可以通过组合不同层的螺旋线圈端点，以产生N个不同的电感量，多点可变可选择的电感量更能满足电器设计要求，能有效降低预设计成本，并能减少加工过程线宽、匝间距过高的精度要求。本专利技术的印制电路板式多点可变电感线圈是通过以下步骤制得的：（1）根据目标所需电感量范围，选定螺旋线圈的层数、匝数、线径；（2）依据选定的层数，对应制作2~N层的，每层设置有一个螺旋线圈的印制电路板，并在第一层印制电路板上设置若干对应电连接每层印制电路板螺旋线圈的始、末端的独立焊盘；（3）将各层设置有螺旋线圈的印制电路板层叠，并使任意相邻两层印制电路板的螺旋线圈匝数、线径相等，且绕制方向相同；第N层印制电路板的螺旋线圈始端与第N-1层印制电路板的螺旋线圈末端相连接，第N层印制电路板的螺旋线圈末端与第N+1层印制电路板的螺旋线圈始端相连接，每层印制电路板的螺旋线圈的始、末端分别通过通孔连接到第一层印制电路板上的独立焊盘；使相邻两层螺旋线圈产生转向一致的电流方向以及一致的交变磁场方向。进一步的，所述的目标所需电感量范围依据L1-N=k1（N2-1）+k2（N-1）+L1确定所需的电感量；其中L1-N为1-N层的电感量，L1为第1层的电感量，N为印制电路板层数，系数k1、k2为补正系数，其量纲为电感，电感单位与L1相同，补正系数k1、k2的取决于印制电路板上螺旋线圈的形状、层数、线宽、匝间距、制作面积、材料结构，实际运用中，可依据所需的电感量进行合理选择。本专利技术具有以下有益之处：1.有别于过往PCB多层电感设计中局限于从开始层到最终层均为导通，只有一个电感值的方式，本专利技术通过在印制电路板每层上设计螺旋线圈，并将相邻两层螺旋线圈电连接，通过连通不同层螺旋线圈的始、末端，可组合不同层的螺旋线圈端点以产生N（印制电路板层数）个可控且可调节的电感量，多点可变的电感量更能满足电器设计要求；2.通过经验公式或本专利技术提供的计算公式模拟每层电感量，能够降低本专利技术的预设计难度，并且依据螺旋线圈的形状、层数、线宽、匝间距、制作面积、材料结构，在实际运用中，可依据所需的电感量及其需要的变化范围进行合理地选择；3.利用印制电路板可精确控制线宽、匝间距工艺，在多层印制电路板上制作整体呈圆形或呈规则多边形形状的电感线圈，可以增加各层电感之间的耦合度，可以在更小的面积内获得更大的电感量。不仅实现了电感的平面化，且体积上有利于电子器件小型化、片式化的需求。附图说明图1是本专利技术单层圆形螺旋电感的理论简易模型示意图；图2是本专利技术多层圆形螺旋电感的理论简易模型示意图；图3是本专利技术单层圆形螺旋电感的理论计算过程示意图；图4是本专利技术k值与2R/l之间的拟合变化曲线图；图5是本专利技术实施例设置了圆形螺旋线圈的多层印制电路板的叠合示意图；图6是本专利技术实施例1设置了圆形螺旋线圈的印制电路板的1-8层分层示意图；图7是本专利技术实施例2设置了四边形螺旋线圈的印制电路板的1-8层分层示意图；图8是本专利技术实施例1中测试例1-4样板的示意图；图9是本专利技术实施例2中测试例5-8样板的示意图；图10是本专利技术隐去各层印制电路板螺旋线圈始、末端的连接示意图；图11是本专利技术印制电路板制造电感线圈电感量测定值的数模转换图。其中，1-印制电路板，2-螺旋线圈，21-第一层螺旋线圈始端，22-第一层螺旋线圈末端，23-折变部，3-独立焊盘。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例基于Biot-Savat定律的电感理论计算（以圆形螺旋电感为例）为方便计算，如图1-3，首先建立圆形螺旋电感的简易模型模型，将同平面线圈等效为每匝通过电流为i的同心圆，将多层螺旋线圈等效为多层电感量相同（等于单平面线圈总电感量），等效半径为R的叠层；先计算第一层线圈中第一匝的自感量，由Biot-Savat定律，线圈上任一电流元idl在r’处的磁感应强度表达式为：为B点指向r’点的矢量而<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种印制电路板式多点可变电感线圈，其特征在于：具有2~N层印制电路板，每层印制电路板上设置有一个螺旋线圈，并使任意相邻两层印制电路板的螺旋线圈匝数、线径相等，且绕制方向相同；第N层印制电路板的螺旋线圈始端仅与第N-1层印制电路板的螺旋线圈末端相电连接，第N层印制电路板的螺旋线圈末端仅与第N+1层印制电路板的螺旋线圈始端相电连接，使相邻两层螺旋线圈产生转向一致的电流方向以及一致的交变磁场方向，每层印制电路板的螺旋线圈的始、末端分别通过通孔连接到第一层印制电路板上的独立焊盘，作为电感可变调节的连接点。/n

【技术特征摘要】
1.一种印制电路板式多点可变电感线圈，其特征在于：具有2~N层印制电路板，每层印制电路板上设置有一个螺旋线圈，并使任意相邻两层印制电路板的螺旋线圈匝数、线径相等，且绕制方向相同；第N层印制电路板的螺旋线圈始端仅与第N-1层印制电路板的螺旋线圈末端相电连接，第N层印制电路板的螺旋线圈末端仅与第N+1层印制电路板的螺旋线圈始端相电连接，使相邻两层螺旋线圈产生转向一致的电流方向以及一致的交变磁场方向，每层印制电路板的螺旋线圈的始、末端分别通过通孔连接到第一层印制电路板上的独立焊盘，作为电感可变调节的连接点。


2.如权利要求1所述的一种印制电路板式多点可变电感线圈，其特征在于，同层印制电路板上的螺旋线圈的匝间距相等。


3.如权利要求1所述的一种印制电路板式多点可变电感线圈，其特征在于，任意相邻两层螺旋线圈的同匝线圈之间在垂直投影方向上至少具有90%以上的交叠区域。


4.如权利要求1-3任意一项中所述的一种印制电路板式多点可变电感线圈，其特征在于，所述的螺旋线圈为圆形螺旋线圈、规则多边形螺旋线圈中的一种。


5.如权利要求4所述的一种印制电路板式多点可变电感线圈，其特征在于，所述的圆形螺旋线圈的每一匝均设置有同向设置的折变部，同一匝的线圈末端经折变部折向后向下一匝线圈继续延伸。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：江庆华，李健伟，吴文跃，郭松波，
申请(专利权)人：汕头凯星印制板有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44