印刷电路板线圈制造技术

本发明专利技术涉及模拟由绞合线形成的线圈的多层印刷电路板（ＰＣＢ）线圈。ＰＣＢ包括多个交替的导体层和绝缘层，这些层互连从而配合形成线圈。每一导体层包括遵循所需线圈形状的迹线并被划分为多个离散的导体段。穿叉各层电性连接这些段，以提供在层之间以规则的、重复的模式波动的多个电流路径（或细丝）。线圈可配置成使得每一个细丝消耗接近于配对的线圈的大致等量的时间，因此同等地分摊线圈的自感或互感。每一导体层可包括互连的多个关联的迹线和层内连接器，从而使得每一细丝不仅向上／向下而且向内／向外以规则的重复的模式波动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术有关电磁线圈，尤其涉及多层印刷电路板电磁线圈。
技术介绍
电磁线圈广泛用于各种与感应能量传输有关的电应用中。例如，不同形式的电线圈被用在变压器、感应能量耦合器和电动机中。从历史上看，电线圈通过将一股电线卷绕成一个或多个环而形成。通常，选择线圈的直径、电线的类型和直径、电线和线圈的环数(或匝数)以及其他特征以提供所需的电磁能量传输特性。众所周知，交流电流(AC)倾向于在导体内分布自身，使得靠近导体表面的电流密度比其中心更大。这种现象通常被称为“趋肤效应”。趋肤效应导致导体的有效电阻随着交流电流的频率而增加。为了克服趋肤效应，在高频应用中使用的电磁线圈通常是由绞合线卷绕。绞合线通常表征为一种特殊类型的电线，其包括许多细电线，各个细电线分别用绝缘膜包覆并且扭曲在一起。遵循仔细订明的经常涉及几个级别的扭曲(扭曲的电线组再扭曲在一起等)的模式，各个电线被组合和扭曲。通常地，电线将被扭曲使得每一个单线股消耗接近于配对的线圈的大致等量的时间。因此，每线股从配对的线圈截取大致等量的磁通量线，并且大致同等地分摊线圈的自感或互感特性。由于分离的较小电线的组合，组合后的导体比使用总横截面面积的实心导体具有较大的表面积，从而减少趋肤效应。由于这原因以及这种独特的扭曲配置的结果，当使用在高频应用中时，与绞合线线圈相关的能量损失可比现有的实心线线圈本质地较低。即使具有自己的优势，然而绞合线遭受许多弊端。第一、绞合线线圈的电阻比在理论上可以实现的更高，因为各个线股是圆的并且涂有绝缘体，从而总横截面包括大量的不导电成分，例如空气和绝缘体。第二、由此产生的结构是比较脆弱的，每线股易受破损。为了保护线股，经常加入外鞘。该鞘增加了总成本，并且造成了比理论上可以实现的电阻更大的电阻。第三、导体被热绝缘，除导体自身之外没有载热路径。因此，基于热量考虑可以减少能量处理。第四，绞合线和绞合线线圈的制造过程比较昂贵，而且需要特殊的、昂贵的设备。第五，因为从电线到电线的包装密度和线股之间绝缘材料所占的空间，绞合线可能比所需的一些应用具有较大的体积。电线线圈的制造相对昂贵(尤其是绞合线线圈)，并且线圈占据相对大量的空间，而且经常需要将线圈机械地安装到印刷电路板。为了解决这些问题，已知的是将线圈直接集成到印刷电路板上，例如，通过在电路板上使用螺旋形迹线形成线圈。在一些应用中，印刷电路板包括用过孔(via)连接在一起的多层螺旋迹线，以形成所需匝数的线圈(例如于2005年7月5日公告的费伦茨等人的美国专利第6,914,508号)。虽然印刷电路板线圈相对于电线线圈呈现出一些优势，但传统的印刷电路板线圈遭受到传统的实心电线所面临的某些问题，例如在印刷电路板线圈内与感应电流的不均匀分布以及电感的不均匀分布有关的问题。此外，由于一些线圈比其他的接受更多的磁场，堆叠的印刷电路板线圈可能引入不必要的寄生电容。最后，这可能导致更高的电阻和损失。-->
技术实现思路
本专利技术提供了多层印刷电路板(PCB)线圈，其模拟由绞合线形成的线圈。该PCB包括多个交替的导体层和绝缘层。导体层互连，使得他们配合地形成线圈。每个导体层包括遵循所需的线圈形状的迹线，并且划分成提供多个离散的导体段。在一种实施方式中，PCB的每个导体层包括具有多个电性离散段的大致螺旋形的迹线。这些段穿叉各层电性连接以提供在层之间波动的多个电流路径(或细丝(filament))。在一种实施方式中，配置线圈，使得每个细丝消耗接近于配对的线圈的大致等量的时间。因此，每个细丝大致同等地分摊线圈的自感或互感。在一种实施方式中，PCB的层包括大致同延的螺旋迹线，其以叠置的关系彼此覆盖。在本实施方式中，迹线可以包括大致相同的段，从而提供对准的交换位置(interchange)，以便于不同层上段的电性耦合。在一种实施方式中，不同层的段在交换位置通过层之间延伸的过孔电性耦合。每个交换位置可以特别成形，以使在过孔处和过孔附近的阻碍最小化。在一种实施方式中，每个交换位置包括用于每一个导体层的单独的过孔。例如，具有四层的PCB线圈可以包括四个过孔。在其他实施方式中，一些或所有导体层都可以包括多个过孔。如上所述，细丝向上和向下波动穿过多个导体。此外，在一种实施方式中，细丝可向内和向外波动以提供另外程度的运动。在一种实施方式中，线圈的每层可包括两个相邻的成段的迹线，迹线以配对的关系延伸的大致平行螺旋形式存在。在本实施方式中，线圈可包括层间和/或层内连接器，连接器以限定向上/向下和向内/向外波动的多个细丝的模式连接不同层和配对迹线的段，使得每一个线股消耗接近于配对的线圈的大致等量的时间。每一个细丝的向上/向下和向内/向外波动模拟绞合线线圈的线股的扭曲性质。本专利技术提供了一种简单而有效的PCB线圈，其克服了以前PCB线圈的重大缺点，同时保持PCB线圈的许多优点。相对于传统的PCB线圈，多个波动电流路径的存在减少了趋肤效应并且降低了损失。分段和层间连接器的使用提供了一种用于以所需的波动模式电性耦合线圈的可靠的且易于实现的结构。此外，细丝的波动模式提供了一种线圈，在该线圈中，每个细丝消耗接近于配对的线圈的大致等量的时间，这进一步提高了线圈的效率，因为每个细丝大致同等地分摊线圈的自感或互感。本专利技术还可以用向内/向外波动来实现，以进一步模拟绞合线线圈的线股的电流路径。通过1)降低线圈表面积到段表面积以及2)引入彼此相互抵消的边缘效应，分段和层间连接器的使用可以降低寄生电容。较小电容允许线圈中的电感最大化，这可导致较低的电阻和较小的损失。这些好处全部被提供，同时，在PCB线圈中具有更薄的线圈并且允许用于比体积较大的绞合线线圈更紧密的耦合。通过参照本实施方式的详细描述以及图示，将容易理解和评价本专利技术的这些和其他目的、优点以及特征。【附图说明】图1A是根据本专利技术一种实施方式的印刷电路板(PCB)线圈的侧视图。图1B是PCB线圈的迹线(trace)的代表性的分解透视图。图1C是与图1B类似的代表性的分解透视图，其中通过对选择的段(segments)加阴影以显示单个细丝的路径。-->图2A是PCB线圈的第一(或顶)层的迹线的俯视图。图2B是PCB线圈的第二层的迹线的俯视图。图2C是PCB线圈的第三层的迹线的俯视图。图2D是PCB线圈的第四(或底)层的迹线的俯视图。图3是单个螺旋迹线的拐角部(corner portion)的俯视图。图4是单个螺旋迹线的直部(traight portion)的俯视图。图5是一种替代的PCB线圈的部分透视图，其显示用于最小化界面处的收缩的替代构造。图6是各层的段之间的连接方案的示意图。图7是显示段的重叠排列的交换位置(interchange)的透视图。图8A是第一替代PCB线圈的顶部导体层的俯视图，其中具有向上/向下和向内/向外细丝波动(filament undulations)。图8B是第一替代PCB线圈的底部导体层的俯视图。图9是第一替代PCB线圈的一部分的代表性的分解透视图。图10是具有三层和“三重”(tripled)迹线的第二替代PCB线圈的示意图。图11A是第二替代PCB线圈的顶部导体层的俯视图。图11B是第二替代PCB线圈的中部导体层的俯视图。图11C是第二替代PCB线圈的底部导本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于以配对的线圈方式使用的印刷电路板线圈，包括：基板；多个导体层，每一个导体层包括多个离散的线圈段；以及多个层间连接器，其电性互连不同层的线圈段以限定多个离散的细丝，所述细丝中的每一个遵循穿过所述多个层的大致相同但偏移的波动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-9-28 60/975953;US 2008-4-11 61/0442981.用于以配对的线圈方式使用的印刷电路板线圈，包括：基板；多个导体层，每一个导体层包括多个离散的线圈段；以及多个层间连接器，其电性互连不同层的线圈段以限定多个离散的细丝，所述细丝中的每一个遵循穿过所述多个层的大致相同但偏移的波动。2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述细丝中的每一个遵循穿过所述多个层的大致相同但偏移的、规则的、重复的波动。3.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述线圈与第二线圈配对；以及其中所述段和所述层间连接器配置成使得每一个细丝消耗接近于配对的线圈的大致等量的时间，从而印刷电路板线圈模拟绞合线线圈。4.根据权利要求1所述的印刷电路板线圈，其还包括设置在所述导体层的相邻对之间的绝缘体层。5.根据权利要求1所述的印刷电路板线圈，其中，所述多个导体层中的每一个包括螺旋迹线。6.根据权利要求5所述的印刷电路板线圈，其中，所述迹线中的每一个包括交换位置，所述层间连接器包括经过所述交换位置选择性地设置路线的多个过孔。7.根据权利要求1所述的印刷电路板线圈，其中，每一个所述螺旋迹线包括最内端和最外端，所述段中的每一个包括朝向所述螺旋迹线的所述最内端的内端和朝向所述螺旋迹线的所述最外端的外端；以及其中所述细丝中的每一个通过从所述迹线的所述最外端到所述迹线的所述最内端以连续链形式把所述段中的一段的所述内端和所述段中的另一段的所述外端电性连接而被限定。8.根据权利要求1所述的印刷电路板线圈，其中，所述多个段在每一导体层上限定了第一螺旋迹线和第二螺旋迹线；以及还包括多个层内连接器，用于电性连接在所述导体层中的单个层内来自所述第一螺旋迹线的所述段和所述第二螺旋迹线的所述段，遵循在所述层中的每一层内和穿过所述多个层中的每一层的大致相同但偏移的波动，所述层间连接器和所述层内连接器配合限定所述细丝。9.根据权利要求1所述的印刷电路板线圈，其中，所述导体层的第一导体层包括具有多个环的螺旋迹线，而且其中所述第一导体层的所述迹线的每一段从所述第一导体层的任意相邻环的所述段间隔开以限定一间距；以及其中所述导体层的第二导体层包括具有多个环的螺旋迹线，而且其中所述第二导体层的所述迹线的每一段被定位成叠置在所述第一导体层的所述间距上。10.印刷电路板组件，其包括：绝缘基板；设置在所述基板上的第一导体层，所述第一导体层包括具有多个离散的导体段的第一迹线；设置在所述基板上与所述第一导体层相对一侧的第二导体层，所述第二导体层包括具有多个离散的导体段的第二迹线；以及多个层间连接器，其把所述第一层的所述段和所述第二层的所述段以预定模式互连，其中，所述互连的段限定至少两个细丝，该细丝在所述第一导体层和所述第二导体层之间以预定模式波动。11.根据权利要求10所述的印刷电路板线圈组件，其还包括：邻近所述第一绝缘基板定位的第二绝缘基板；设置在所述第二基板上的第三导体层，所述第三导体层具有包括多个离散的导体段的第三迹线；设置在所述第二基板上与所述第三导体层相对一侧的第四导体层，所述第四导体层包括具有多个离散的导体段的第四迹线；以及多个层间连接器，其把所述第一层的所述段、所述第二层的所述段、所述第三层的所述段以及所述第四层的所述段以预定模式电性互连，其中所述互连的段限定至少两个细丝，所述细丝在所述第一导体层、所述第二导体层、所述第三导体层和所述第四导体层之间以预定模式波动。12.根据权利要求10所述的印刷电路板线圈组件，其中，所述第一导体层包括具有多个离散的导体段的第二迹线；以及还包括多个层内连接器，其把所述第一迹线的所述段和所述第三迹线的所述段电性连接，从而所述细丝在所述第一导体层和所述第二导体层之间以及在所述第一迹线和所述第三迹线之间以预定模式波动。13.根据权利要求12所述的印刷电路板线圈组件，其中，所述第二导体层包括具有多个导体段的第四迹线；以及还包括多个层内连接器，其把所述第二迹线的所述段和所述第四迹线的所述段电性连接，从而所述细丝在所述第一导体层和所述第二导体层之间以及在所述第一迹线和所述第三迹线之间以及在所述第二迹线和所述第四迹线之间以预定模式波动。14.根据权利要求10所述的印刷电路板线圈组件，其中，所述细丝遵循以规则的、重复的模式关于所述线圈波动的大致平行但偏移的路径。15....

【专利技术属性】
技术研发人员：DW巴曼，JK施万内克，WE古斯里，RA瓦尔，P杜克沃思，
申请(专利权)人：捷通国际有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]