基于印制电路板的电感结构、包含该结构的柔性多层印制电路板及包含该结构的变压器结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于印制电路板的电感结构，包括不导电的基板，基板一侧表面印制有K条上导线段，基板上设有若干贯通的过孔；基板另一侧表面印制有若干条通过各个过孔中孔壁上的导电层与相应上导线段逐个连接的下导线段；最外部走线的上导线段通过相应过孔与最内部走线的下导线段相连通；越靠近边缘走线的的上导线段通过相应过孔与越靠近内部走线的下导线段相连通；最内部走线的上导线段通过相应过孔与最外部走线的下导线段相连通。本结构通过分裂式导体增加导线的载流能力、通过接近等长的线路强制均流以增加直流电感，从而使得在更小面积基板上能够获得更大电感。本发明专利技术还公开了包含该结构的柔性多层印制电路板及基于印制电路板的变压器结构。

【技术实现步骤摘要】
基于印制电路板的电感结构、包含该结构的柔性多层印制电路板及包含该结构的变压器结构
本专利技术涉及一种印制电路板，具体来说涉及一种基于印制电路板的电感结构、包含该结构的柔性多层印制电路板及包含该结构的基于印制电路板的变压器结构。
技术介绍
分立式电感和变压器可以处理大功率能量，但是绕线复杂、价格昂贵，体积过大，且难以订制。基于半导体技术的集成电感和集成变压器的结构简单、造价便宜，但是因为半导体导电率较低，而且半导体制程的限制了导线的厚度和线径，所以，基于半导体技术的集成电感和集成变压器(简称为半导体集成电感和半导体集成变压器)无法经过大电流，也无法用于大电流/高功率的系统。维持基于半导体技术的集成电感和集成变压器的结构和形状，并这种结构和工艺直接应用于印制电路板似乎是一种可行的方案。因为印制电路板相对于半导体技术有材料和工艺两个优势：1)印制电路板的导线是铜，相对于半导体，铜的导电率更高；2)印制电路板的宽度和厚度相对于半导体器件更大，也更容易订制。然而，材料和工艺的改变也带来了三个问题：1)铜的导电率更高，所以，铜集肤深度更小，铜材料也更容易受到集肤效应的影响；2)更大的体积和厚度更容易使得集肤效应变得更为严重；3)根据半导体集成电感公式，当导线的宽度增加时，电感值会明显下降。因此，试图直接将半导体集成电感和集成变压器的结构应用于基于印制电路板的电感和变压器，从而达到提升电流/功率的目的，是不可取的。另外，限制大功率电感和变压器的另一个限制条件是发热。热损耗使得磁芯内部中心温度极高，当温度高于磁芯的居里温度，电感和变压器将迅速失效。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种低成本、大电流的基于印制电路板的电感结构。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于印制电路板的电感结构，包括不导电的基板，基板一侧表面上印制有输入端头以及与输入端头连接的K条平行的呈螺旋线状布置的上导线段，基板中部区域设有若干贯通的过孔；基板另一侧表面上印制有若干条通过各个过孔中孔壁上的导电层与相应上导线段逐个连接的截面与上导线段相同的平行的呈螺旋线状布置的下导线段，基板另一侧表面上印制有与各个下导线段端部连通的输出端头；最外部走线的上导线段通过相应过孔与最内部走线的下导线段相连通；越靠近边缘走线的的上导线段通过相应过孔与越靠近内部走线的下导线段相连通；最内部走线的上导线段通过相应过孔与最外部走线的下导线段相连通；任一上导线段与相应下导线段的长度之和不小于其余所有上导线段与相应下导线段的长度之和中最大值的80％；任一上导线段与相应下导线段的长度之和不大于其余所有上导线段与相应下导线段的长度之和中最小值的1.2倍。作为一种优选的方案，所述上导线段及所述下导线段的厚度都小于两倍的集肤深度。作为一种优选的方案，所述上导线段数量K为0.65N-2.5N范围内的任一整数，其中N为满足电感所需的最大电流I、导线温度上限值dT且使得设置这些上导线段所需的印制电路板截面积Atotal-act最小的导线数量：式中，Thick是上导线段的厚度；WidthTrace是上导线段与相邻上导线段的绝缘间距；Asg为单根导线的截面积。作为一种优选的方案，所述上导线段数量K为0.75N-1.5N范围内的任一整数。作为一种优选的方案，任一上导线段与相应下导线段的长度之和不小于其余所有上导线段与相应下导线段的长度之和中最大值的95％；任一上导线段与相应下导线段的长度之和不大于其余所有上导线段与相应下导线段的长度之和中最小值的1.05倍。作为一种优选的方案，所述基板为高分子材料制成的柔性基板。作为一种优选的方案，所述基板一侧在上导线段外侧设有顶层绝缘层；基板另一侧在下导线段外侧设有底层绝缘层。作为一种优选的方案，所述顶层绝缘层和所述底层绝缘层都为柔性绝缘板。作为另一种优选的方案，所述顶层绝缘层和所述底层绝缘层都为柔性铁磁覆板。作为另一种优选的方案，所述顶层绝缘层和所述底层绝缘层都为阻焊膜。本结构的有益效果是：本结构使得印制电路板可用以制造低成本、大电流的电感，并可进一步用于变压器等制造。由于基板一侧表面上印制有K条平行的呈螺旋线状布置的上导线段，基板中部区域设有若干贯通的过孔；基板另一侧表面上印制有若干条通过各个过孔中孔壁上的导电层与相应上导线段逐个连接的截面与上导线段相同的平行的呈螺旋线状布置的下导线段，通过使用分裂式导体以增加导线的载流能力，从而使得在更小面积的基板上能够获得更大的电感；最外部走线的上导线段通过相应过孔与最内部走线的下导线段相连通；越靠近边缘走线的的上导线段通过相应过孔与越靠近内部走线的下导线段相连通；最内部走线的上导线段通过相应过孔与最外部走线的下导线段相连通；任一上导线段与相应下导线段的长度之和不小于其余所有上导线段与相应下导线段的长度之和中最大值的80％；任一上导线段与相应下导线段的长度之和不大于其余所有上导线段与相应下导线段的长度之和中最小值的1.2倍，从而避免电流不均匀的问题，通过接近等长的线路强制均流以增加直流电感。另外，将电感应用在柔性电路板的一个主要难点是，印制电路板往往是多层结构，各层通过过孔和各层的铜相连，层数越深，连接越脆弱。所以柔性印制电路板可设置的层数相对于普通硬质的印制电路板少。所以，将电感结构用在柔性印制电路板是很难的，需要改进结构和工艺。所以本专利技术进一步所要解决的技术问题是：提供一种层间连接可靠的柔性多层印制电路板。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种柔性多层印制电路板，包括压合在一起的多层如上最后一项所述的印制电路板，每个印制电路板上所述阻焊膜开窗处设置焊锡，以与相邻电路单板上对应的阻焊膜开窗处设置的焊锡相焊接，从而保证层间连接可靠，从而可以用于制作需要多层设置的复杂电感。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的另一个技术方案为：一种柔性多层印制电路板，包括压合在一起的多层如上最后三项中任一项所述的印制电路板，每个印制电路板上过孔中孔壁上的导电层在压合前采用电镀成型，相邻印制电路板上的电感间相互焊接。本柔性多层印制电路板避免了普通的多层印制电路板先转孔、再压合、最后使用镀通孔工艺中，如果多层印制电路板厚度太厚，镀通孔容易厚薄不均匀，产生狗骨头的过孔，或者过孔中存在气泡的情形，从而保证层间连接可靠，从而可以用于制作需要多层设置的复杂电感。由于顶层铜板及所述底层铜板的厚度都小于两倍的集肤深度，以减小集肤效应。由于基板为高分子材料制成的柔性基板，使得本印制电路板可以用于生物医疗设备、可穿戴设备、折叠设备等；且可以减少厚度。由于顶层绝缘层和所述底层绝缘层都为柔性铁磁覆板，不仅能够极大的提高电感量，也可以极大的减小热阻。本专利技术另一个所要解决的技术问题是：提供一种体积小、功率大的基于印制电路板的变压器结构。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于印制电路板的变压器结构，包括至少一个作为原边的如上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于印制电路板的电感结构，包括不导电的基板，其特征在于：基板一侧表面上印制有输入端头以及与输入端头连接的K条平行的呈螺旋线状布置的上导线段，基板中部区域设有若干贯通的过孔；基板另一侧表面上印制有若干条通过各个过孔中孔壁上的导电层与相应上导线段逐个连接的截面与上导线段相同的平行的呈螺旋线状布置的下导线段，基板另一侧表面上印制有与各个下导线段端部连通的输出端头；最外部走线的上导线段通过相应过孔与最内部走线的下导线段相连通；越靠近边缘走线的的上导线段通过相应过孔与越靠近内部走线的下导线段相连通；最内部走线的上导线段通过相应过孔与最外部走线的下导线段相连通；任一上导线段与相应下导线段的长度之和不小于其余所有上导线段与相应下导线段的长度之和中最大值的80％；任一上导线段与相应下导线段的长度之和不大于其余所有上导线段与相应下导线段的长度之和中最小值的1.2倍。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于印制电路板的电感结构，包括不导电的基板，其特征在于：基板一侧表面上印制有输入端头以及与输入端头连接的K条平行的呈螺旋线状布置的上导线段，基板中部区域设有若干贯通的过孔；基板另一侧表面上印制有若干条通过各个过孔中孔壁上的导电层与相应上导线段逐个连接的截面与上导线段相同的平行的呈螺旋线状布置的下导线段，基板另一侧表面上印制有与各个下导线段端部连通的输出端头；最外部走线的上导线段通过相应过孔与最内部走线的下导线段相连通；越靠近边缘走线的的上导线段通过相应过孔与越靠近内部走线的下导线段相连通；最内部走线的上导线段通过相应过孔与最外部走线的下导线段相连通；任一上导线段与相应下导线段的长度之和不小于其余所有上导线段与相应下导线段的长度之和中最大值的80％；任一上导线段与相应下导线段的长度之和不大于其余所有上导线段与相应下导线段的长度之和中最小值的1.2倍。


2.如权利要求1所述的一种基于印制电路板的电感结构，其特征在于：所述上导线段及所述下导线段的厚度都小于两倍的集肤深度。


3.如权利要求1所述的一种基于印制电路板的电感结构，其特征在于：所述上导线段数量K为0.65N-2.5N范围内的任一整数，其中N为满足电感所需的最大电流I、导线温度上限值dT且使得设置这些上导线段所需的印制电路板截面积Atotal-act最小的导线数量：



式中，Thick是上导线段的厚度；WidthTrace是上导线段与相邻上导线段的绝缘间距；Asg为单根导线的截面积。


4.如权利要求3所述的一种基于印制电路板的电感结构，其特征在于：所述上导线段数量K为0.75N-1.5N范围内的任一整数。


5.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晖，龙腾，申彦峰，
申请(专利权)人：龙腾，
类型：发明
国别省市：北京;11