交錯(cuò)式平面電感裝置及其制造和使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開交錯(cuò)式平面電感裝置及其制造和使用方法。所述電感裝置包括：包括多個(gè)端子的管座裝置；至少一個(gè)芯；以及以交錯(cuò)形式布置的兩個(gè)或更多個(gè)扁平線圈繞組，所述兩個(gè)或更多個(gè)扁平線圈繞組與所述至少一個(gè)芯鄰近地設(shè)置并且與所述多個(gè)端子中的相應(yīng)端子電耦合。提供一種在電子電路中使用的低成本高性能電子裝置及方法。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，所述裝置包括交錯(cuò)式扁平線圈布置，所述交錯(cuò)式扁平線圈布置在相比現(xiàn)有技術(shù)的裝置使用較少數(shù)量的扁平線圈繞組的同時(shí)確保低漏電感。所述扁平線圈繞組進(jìn)一步包括多個(gè)部件，所述多個(gè)部件被構(gòu)造成與顯著簡化制造工藝的管座裝置端子銷匹配。還公開制造所述裝置的方法。
【專利說明】交錯(cuò)式平面電感裝置及其制造和使用方法
[0001] 優(yōu)先權(quán)
[0002] 本申請(qǐng)要求具有相同名稱并于2014年4月2日提交的共有且聯(lián)合待審的美國專 利申請(qǐng)序列No. 14/243, 786的優(yōu)先權(quán)益，此美國專利申請(qǐng)要求具有相同名稱并于2013年4 月10日提交的共有美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列No. 61/810, 654的優(yōu)先權(quán)益，在此將前述每一申 請(qǐng)的全部內(nèi)容以參考的方式并入本文。
[0003] 版權(quán)
[0004] 本專利文件的公開內(nèi)容的一部分包含受版權(quán)保護(hù)的材料。版權(quán)所有者不反對(duì)由 專利文件或?qū)＠_內(nèi)容的任何人進(jìn)行拓制，因?yàn)樗霈F(xiàn)在專利和商標(biāo)局專利文件或記錄 中，但無論怎樣保留所有版權(quán)權(quán)利。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005] 本發(fā)明總體涉及電路元件，更具體地，在一個(gè)示范性方面涉及例如在電源變壓器 (power transformer)或其它應(yīng)用中使用的電感裝置（inductive device)及其使用和制造 方法。

【背景技術(shù)】
[0006] 電感電子裝置的大量不同構(gòu)造在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。諸如變壓器之類的很多傳 統(tǒng)電感組件使用由彼此絕緣的導(dǎo)體制成的初級(jí)和次級(jí)繞組。施加給初級(jí)繞組的電壓根據(jù)在 初級(jí)和次級(jí)繞組之間的電線匝數(shù)比來決定（dictate)在次級(jí)繞組中產(chǎn)生的電壓。
[0007] 但是，由于對(duì)于減少組件尺寸和制造成本的日益增長的需求等原因，利用印刷電 路板（PCB)技術(shù)的所謂的平面電感裝置已成為用于形成諸如變壓器之類的電感裝置的普遍 設(shè)計(jì)實(shí)施形式。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)的扁平線圈平面變壓器（flat coil planar transformer)的一個(gè)這種 例子在圖1A和1B中示出。圖1A和1B的扁平線圈平面變壓器100典型地在需要電流隔 離的電源應(yīng)用或其它電路中使用。圖1A和1B的扁平線圈平面變壓器包括直接設(shè)置在平 面芯（planar core)內(nèi)部的多個(gè)纏繞扁平線圈106,其中平面芯由下芯元件（lower core element) 104和上芯元件（upper core element) 102形成。扁平線圈繞組以形成交替初 級(jí)-次級(jí)線圈布置的同軸(例如垂直)對(duì)準(zhǔn)方式依次疊置。扁平線圈也被構(gòu)造成包含多個(gè)端 子孔（terminal aperture)，這些端子孔被形成為與管座裝置（header assembly) 108上駐 留的相應(yīng)柱銷（post pin)匹配。芯元件由諸如鐵氧體（ferrite)之類的磁性可滲透材料形 成，并且扁平線圈繞組夾在芯元件之間。
[0009] 盡管圖1A和1B中的裝置已在業(yè)內(nèi)被認(rèn)為足以執(zhí)行其相應(yīng)的機(jī)械和電功能，但是 至少部分地由于為了減少裝置的漏電感而充分交錯(cuò)所需的扁平線圈繞組的數(shù)量(例如六 (6)個(gè))，圖1A和1B中的裝置對(duì)于制造而言相對(duì)昂貴。如公知的，漏電感是電變壓器的屬 性，在電變壓器中，繞組看起來具有某種與相互耦合的變壓器繞組串聯(lián)的電感。這部分地由 于變壓器內(nèi)的繞組的不良耦合。
[0010] 圖1A和1B中所示的疊置布置還表現(xiàn)出在繞組之間的不利的高電容耦合。在線圈 之間的這種電容耦合在耦合處理期間會(huì)引起相移和幅度誤差。
[0011] 為了解決變壓器的漏電感等問題，在現(xiàn)有技術(shù)的電感裝置的設(shè)計(jì)中需要六（6)個(gè) 或更多個(gè)扁平線圈，這將導(dǎo)致增加的材料和制造工藝。除了所導(dǎo)致的增加的材料和人力成 本之外，額外材料和制造工藝的使用會(huì)導(dǎo)致裝置的增加的尺寸和制造復(fù)雜度。
[0012] 因此，對(duì)于以較少成本且更易于制造、具有較低漏電感及較低電容耦合的電感裝 置仍然存在顯著的需求，其中使得這種新裝置能夠解決與如現(xiàn)有技術(shù)中已知的扁平線圈繞 組的疊置相關(guān)的難題等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 在第一個(gè)方面，公開一種電感裝置。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述裝置包括：管座裝置， 所述管座裝置包括多個(gè)端子；至少一個(gè)芯；以及交錯(cuò)式扁平線圈繞組布置，所述交錯(cuò)式扁 平線圈繞組布置包括兩個(gè)或更多個(gè)扁平線圈繞組，所述兩個(gè)或更多個(gè)扁平線圈繞組與所述 至少一個(gè)芯鄰近地設(shè)置并且與所述多個(gè)端子中的相應(yīng)端子電耦合。
[0014] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述電感裝置包括在空間上緊湊的"深交錯(cuò)式（de印ly interleaved)"電感裝置(例如變壓器、限流電抗器（inductive reactor)等)。
[0015] 在第二個(gè)方面，公開一種管座（header)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述管座包括與前述 電感裝置一起使用的減少數(shù)量的端子銷（terminal pin)。
[0016] 在第三個(gè)方面，公開一種在前述電感裝置中使用的交錯(cuò)式扁平線圈布置繞組。
[0017] 在第四個(gè)方面，公開一種制造電感裝置的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過在第二扁 平線圈繞組內(nèi)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)第一扁平線圈繞組以形成雙線繞組（bifilar winding)，然后在所 述雙線繞組內(nèi)旋轉(zhuǎn)第三扁平線圈繞組以形成三線布置（trifilar arrangement )，形成前述 交錯(cuò)式扁平線圈布置。
[0018] 在又一個(gè)實(shí)施方式中，通過繞著芯棒（mandrel)同時(shí)一起纏繞兩根或更多根扁平 電線，形成所述深交錯(cuò)式扁平線圈布置。
[0019] 在另一個(gè)方面，公開一種運(yùn)行電感裝置的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法包括 以減少的電容耦合和漏電感，在電感裝置的第一(例如初級(jí)）繞組中感生電流，所感生的電 流使得在該裝置的第二(例如次級(jí)）繞組內(nèi)感生第二電流。
[0020] 在又一個(gè)方面，公開一種包括至少一個(gè)電感裝置的電子組件。在一個(gè)實(shí)施方式中， 所述組件包括至少一個(gè)襯底以及本文所公開類型的至少一個(gè)"扁平"線圈電感裝置。
[0021] 在又一個(gè)方面，公開一種與扁平線圈電感裝置一起使用的管座裝置，包括：包括上 表面和下表面的管座主體；以及多個(gè)端子，每個(gè)所述端子具有從所述上表面突出的第一部 分和從所述下表面突出的第二部分。
[0022] 在又一個(gè)方面，公開一種制造電感裝置的方法，包括：提供包括多個(gè)端子的管座裝 置；提供一個(gè)或多個(gè)芯元件；提供多個(gè)扁平線圈繞組；使所述多個(gè)扁平線圈繞組彼此深交 錯(cuò)；將深交錯(cuò)式扁平線圈繞組和所述一個(gè)或多個(gè)芯元件組裝在所述管座裝置內(nèi)；以及將所 述深交錯(cuò)式扁平線圈繞組接合到所述多個(gè)端子中的相應(yīng)端子，以形成所述電感裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 通過結(jié)合附圖列出的下文詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯， 其中：
[0024] 圖1A和1B是現(xiàn)有技術(shù)的平面扁平線圈變壓器的透視圖和分解透視圖。
[0025] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的電感裝置的分解透視圖。
[0026] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖2中所示的管座裝置的透視圖。
[0027] 圖4是組裝的圖2中所示的電感裝置的透視圖。
[0028] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的示例性制造方法的流程圖。
[0029] 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明原理的深交錯(cuò)式扁平線圈繞組布置的制造方法的一個(gè)實(shí) 施方式的第一示例性工藝流程圖。
[0030] 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明原理的深交錯(cuò)式扁平線圈繞組布置的制造方法的另一個(gè) 實(shí)施方式的第二示例性工藝流程圖。
[0031] 本文公開的所有附圖都是€)版權(quán)2013(Copyright2013)，脈沖電子股份有限公司。 保留所有權(quán)利。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 現(xiàn)在參照附圖進(jìn)行描述，其中在整個(gè)附圖中使用相似的標(biāo)號(hào)指代相似的部分。
[0033] 如本文中使用的，術(shù)語"線軸（bobbin)"、"形式"（或"模子（former)"）以及"繞組 柱（winding post)"不受限制地使用，以指代設(shè)置在電感裝置上或內(nèi)或作為電感裝置一部 分的位于繞組自身外部的任何結(jié)構(gòu)或組件，所述任何結(jié)構(gòu)或組件有助于形成或保持該裝置 的一個(gè)或多個(gè)繞組。
[0034] 如本文中使用的，術(shù)語"深交錯(cuò)式"或"深交錯(cuò)"不受限制地使用，以指明兩（2)個(gè) 或更多個(gè)單獨(dú)線圈繞組，所述兩（2)個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)線圈繞組具有對(duì)于一（1)匝或多匝而 交錯(cuò)的相應(yīng)繞組的至少一部分。
[0035] 如本文中使用的，術(shù)語"電組件"和"電子組件"可交換地使用，以指代適用于提供 某些電和/或信號(hào)調(diào)整功能（conditioning function)的組件，包括但不限于限流電抗器 ("扼流圈")、變壓器、濾波器、晶體管、有隙芯磁環(huán)（gapped core toroid)、(耦合等)電感器、 電容器、電阻器、運(yùn)算放大器和二極管(不管是離散組件還是集成電路，不管單獨(dú)還是相結(jié) 合)。
[0036] 如本文中使用的，術(shù)語"電感裝置"指代使用或?qū)嵤└猩娜魏窝b置，包括但不限 于電感器、變壓器和限流電抗器(或"扼流圈")。
[0037] 如本文中使用的，術(shù)語"信號(hào)調(diào)整"或"調(diào)整"應(yīng)被理解為包括但不限于信號(hào)電壓 變換、濾波和噪聲減輕、信號(hào)分離、阻抗控制和校正、電流限制、電容控制和時(shí)間延遲。
[0038] 如本文中使用的，術(shù)語"頂"、"底"、"側(cè)"、"上"、"下"等僅意味著一個(gè)組件與另一組 件的相對(duì)位置或幾何關(guān)系，決不是指參考或任何所需方位的絕對(duì)巾貞（absolute frame)。例 如，當(dāng)一個(gè)組件安裝到另一裝置(例如安裝到PCB的下側(cè)）時(shí)，該組件的"頂"部分可實(shí)際上 位于"底"部分下方。
[0039] 概覽
[0040] 本發(fā)明提供一種改進(jìn)的低成本電感裝置及其制造和使用方法等。本文描述的改 進(jìn)的電感裝置的實(shí)施方式適用于例如通過提供消除了現(xiàn)有技術(shù)中存在的疊置垂直布置的 "深"交錯(cuò)式扁平線圈繞組布置，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。具體地，本發(fā)明的實(shí)施方式在通過需 要較少數(shù)量的扁平線圈繞組和端子銷等減少了制造成本(達(dá)20%)的同時(shí)，使用具有減少電 感裝置漏電感的交錯(cuò)的纏繞扁平線圈。有利地，示例性的深交錯(cuò)式布置相比現(xiàn)有技術(shù)的電 感裝置，還提供了線圈之間的減少的耦合電容以及減少的總高度。
[0041 ] 該裝置的示例性實(shí)施方式還適用于易于被諸如抓放設(shè)備（pick-and-place equipment)之類的自動(dòng)封裝設(shè)備和其它類似自動(dòng)制造裝置使用。
[0042] 本發(fā)明的實(shí)施方式通過限制在該裝置的制造期間的誤差或其它缺陷的機(jī)會(huì)，還有 利地提供高水平的性能一致性和可靠性。
[0043] 本發(fā)明的電感裝置還適用于在DC-DC正向/半橋和全橋拓?fù)涞戎惺褂谩?br> [0044] 示例性實(shí)施方式的詳細(xì)描述
[0045] 現(xiàn)在提供對(duì)本發(fā)明的裝置和方法的各種實(shí)施方式和變型的詳細(xì)描述。盡管主要在 例如電源變壓器應(yīng)用中使用的電感裝置的環(huán)境下進(jìn)行了討論，但是本文討論的各種裝置和 方法并不受此限制。實(shí)際上，本文描述的很多裝置和方法在可受益于本文描述的簡明制造 方法的任何數(shù)量的電子或信號(hào)調(diào)整組件中都是有用的。
[0046] 此外，應(yīng)進(jìn)一步意識(shí)到，針對(duì)【具體實(shí)施方式】討論的特定特征在很多情形下能夠容 易地被改型為在本文描述的一個(gè)或多個(gè)其它構(gòu)思實(shí)施方式中使用。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 將很容易地意識(shí)到，通過給出本發(fā)明的公開內(nèi)容，本文描述的很多特征在這些特征所描述 的具體例子和實(shí)施方式以及組合之外擁有更寬范圍的使用性。
[0047] 電感裝置
[0048] 現(xiàn)在參照?qǐng)D2,示出并詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明原理的電感裝置200的第一個(gè)示例性 實(shí)施方式。圖示的電感裝置包括上芯元件202和下芯元件204、深交錯(cuò)式扁平線圈布置206 以及管座裝置208。深交錯(cuò)式扁平線圈布置206優(yōu)選地在容置在下芯元件204的中心柱 (center post) 210上之前形成，盡管這種"圍繞"柱的形成也在本文中考慮。
[0049] 將意識(shí)到，如本文中使用的，術(shù)語"扁平"包括具有基本為平面的至少一側(cè)的繞組 和其它組件，此術(shù)語決不指任何特定的厚度或高度。
[0050] 圖示的下芯元件204包括平坦的底表面，而相對(duì)的內(nèi)表面包括兩個(gè)冒口元件 (riser element)212以及從下芯元件的幾何中心突出的圓柱形中心柱元件210。在本實(shí)施 方式中的冒口元件位于下芯元件的相對(duì)邊緣處，并且經(jīng)歷下芯元件的整個(gè)寬度。中心柱元 件被構(gòu)造成具有與冒口元件相同的高度；但是，也可以設(shè)想在某些實(shí)施方式中，可能期望包 括具有減小高度的中心柱，由此產(chǎn)生允許調(diào)整電感/電子領(lǐng)域中已知的電感裝置的電感特 性的間隙。在圖示的實(shí)施方式中，下芯元件還包括多個(gè)對(duì)準(zhǔn)部件（alignment feature)214， 其中對(duì)準(zhǔn)部件214被構(gòu)造成與存在于管座裝置上的相應(yīng)支架元件（standoff element)308 匹配。在圖示的實(shí)施方式中，上芯元件202被構(gòu)造有平坦的外表面。上芯元件的長度和寬 度尺寸被調(diào)節(jié)為大致與下芯元件的相應(yīng)尺寸匹配。
[0051] 盡管圖2中示出了一個(gè)具體的示例性芯構(gòu)造，但應(yīng)當(dāng)意識(shí)到本文描述的本發(fā)明 并不受此限制。例如，上和下芯元件構(gòu)造可以交換，使得下芯元件成為現(xiàn)在的上芯（即， 遠(yuǎn)離主裝置（host device)或該裝置將要安裝到的襯底)，而上芯元件變成下芯。此外， 盡管示例性圖示了圓柱形中心柱元件210,但應(yīng)當(dāng)意識(shí)到此中心柱元件可被成形為適應(yīng) (accommodate)任何數(shù)量的不同構(gòu)造。例如，中心柱可包括例如在2012年5月22日提交的 名稱為"Substrate-Based Inductive Devices and Methods of Using and Manufacturing the Same"的共有美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列No. 61/650, 395中描述的延長圓柱形柱(在此通過 參考的方式將此美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的全部內(nèi)容并入本文)，也能夠在可選實(shí)施方式中容易 地替換。如果需要，也可使用橢圓形、方形、多邊形或其它形狀。此外，進(jìn)一步的芯構(gòu)造，例如 在2009年 10月 1 日提交的名稱為"Stacked Inductive Device Assemblies and Methods" 的共有美國專利No. 7, 944, 891中描述的芯構(gòu)造(在此通過參考的方式將此美國專利的全 部內(nèi)容并入本文)，也能夠在可選實(shí)施方式中容易地替換。
[0052] 本文前面討論的電感裝置200進(jìn)一步包括深交錯(cuò)式扁平線圈布置206,其中深交 錯(cuò)式扁平線圈布置206包括三（3)個(gè)扁平線圈繞組206a、206b和206c。盡管示例性使用 了三（3)個(gè)扁平線圈繞組，但應(yīng)當(dāng)意識(shí)到更多或更少的扁平線圈繞組也能夠在可選構(gòu)造中 容易地替換。圖示的三（3)個(gè)扁平線圈繞組的使用僅是用來說明在類似于結(jié)合圖1A和1B 示出的現(xiàn)有技術(shù)的裝置中存在的扁平線圈繞組上使用深交錯(cuò)式布置的功效。在本圖示實(shí) 施方式中的扁平線圈繞組由纏繞到芯棒上、隨后涂覆有非導(dǎo)電材料(例如聚合物）以在被形 成為線圈時(shí)提供相鄰層之間的電隔離的金屬扁平線材（metallic flat wire stock)形成。 為扁平線圈繞組提供電隔離的一種這樣的示例性方法是使用聚對(duì)二甲苯涂覆，例如在2003 年 11 月 4 日發(fā)布的名稱為 "Advanced Electronic Microminiature Coil and Method of Manufacturing"的共有美國專利No. 6, 642, 827中所公開的，在此通過參考的方式將此美 國專利的全部內(nèi)容并入本文。當(dāng)纏繞到芯棒上時(shí)，扁平線圈繞組被形成為壓縮螺旋環(huán)，其中 環(huán)的數(shù)量與電感裝置的匝數(shù)相關(guān)聯(lián)。扁平線圈繞組的環(huán)直徑也是可變的，盡管在圖示的實(shí) 施方式中被選擇為具有足夠的尺寸以便適應(yīng)（accommodate)下芯元件的中心柱。
[0053] 圖2的電感裝置200包括在深交錯(cuò)式扁平線圈布置206內(nèi)的具有一（1)個(gè)初級(jí)繞 組和兩（2)個(gè)次級(jí)繞組的三（3)個(gè)扁平線圈繞組。在圖2中示出的實(shí)施方式中，初級(jí)扁平線 圈繞組由五（5)匝構(gòu)成，而相關(guān)聯(lián)的次級(jí)繞組每個(gè)僅具有兩（2)匝，因而提供5T:2T:2T的 匝數(shù)比（T/R)。盡管示例性示出了扁平線圈繞組的具體匝數(shù)，但應(yīng)當(dāng)意識(shí)到相關(guān)聯(lián)的繞組和 匝數(shù)比能夠根據(jù)本發(fā)明的原理容易地改變。除了改變扁平線圈繞組的數(shù)量以及給定繞組內(nèi) 的匝數(shù)之外，繞組的尺寸也能夠改變。例如，初級(jí)繞組可具有與此初級(jí)繞組相關(guān)聯(lián)的給定寬 度（即，徑向測量的從內(nèi)到外邊緣的距離）和厚度，而次級(jí)繞組可具有與初級(jí)繞組相同的厚 度但具有不同的寬度。通過改變在給定初級(jí)繞組和給定次級(jí)繞組之間的交疊量，這種構(gòu)造 例如可改變基礎(chǔ)電感裝置（underlying inductive device)的電容特性。
[0054] 此外，初級(jí)和次級(jí)繞組的厚度在一些實(shí)施方式中可改變，而相應(yīng)的寬度可以相同 或改變。通過改變扁平線圈繞組的厚度，給定繞組能夠支持的電流量也將相應(yīng)地改變。
[0055] 圖2中示出的扁平線圈繞組的端部還包括多個(gè)端子孔216。端子孔216被構(gòu)造成 接納駐留在管座裝置208內(nèi)的端子銷306。在扁平線圈繞組內(nèi)的這些端子孔與駐留在管座 裝置上的端子銷的結(jié)合使用的目的在于：保持深交錯(cuò)式扁平線圈布置的定位。相應(yīng)地，深交 錯(cuò)式扁平線圈布置206被構(gòu)造成在被安裝到電感裝置200的管座裝置208上時(shí)自對(duì)準(zhǔn)，由 此避免了對(duì)于復(fù)雜的組裝固定裝置（assembly fixture)和組裝工藝的需求。在此，本發(fā)明 的示例性實(shí)施方式的交錯(cuò)式扁平線圈布置還具有另一顯著優(yōu)點(diǎn)。即，隨著對(duì)于給定現(xiàn)有技 術(shù)的設(shè)計(jì)所必需的扁平線圈繞組的數(shù)量的減少，電聯(lián)接各種線圈繞組所必需的端子銷的數(shù) 量也顯著減少。例如，在圖2中示出的實(shí)施方式中，需要總共五（5)個(gè)端子銷來完成用于基 礎(chǔ)電感裝置的連接。但是，圖1A和1B中示出的現(xiàn)有技術(shù)的電感裝置需要包含九（9)個(gè)端 子銷以便完成用于電感裝置的連接。相應(yīng)地，隨著終接（termination)所必需的扁平線圈 繞組末端（termination)的數(shù)量的減少，在交錯(cuò)式扁平線圈布置與管座裝置之間的接合工 藝（bonding process)也顯著簡化。這種數(shù)量的減少允許電感裝置的成本減少，以及電感 裝置的覆蓋面積尺寸（footprint size)的減少。這些末端的每一個(gè)能夠通過諸如通路回 流焊（via solder ref low)、浸焊、手動(dòng)錫焊（hand soldering)、電阻焊接等之類的標(biāo)準(zhǔn)焊 接操作而接合到端子。
[0056] 與現(xiàn)有技術(shù)中已知的疊置布置不同，多個(gè)扁平線圈繞組206交錯(cuò)。在圖示的實(shí) 施方式中，深交錯(cuò)式布置具有初級(jí)和次級(jí)扁平線圈繞組，其中初級(jí)和次級(jí)扁平線圈繞組被 布置成使得繞組之間的層在扁平線圈繞組的各匝之間交錯(cuò)。所述布置包括密（closely spaced)雙線（或圖2中所示的三線繞組)，因而具有初級(jí)和次級(jí)繞組之間的改善的耦合，從 而實(shí)現(xiàn)減少的漏電感。扁平線圈繞組的深交錯(cuò)允許使用比例如圖1A和1B中所示的疊置線 圈布置中所必需的繞組數(shù)量少的扁平線圈繞組。例如并且如前所述的，與需要總共六（6)個(gè) 扁平線圈繞組的圖1A和1B中的布置相對(duì)比，圖2中示出的布置需要三(個(gè))扁平線圈繞組。 這種布置實(shí)現(xiàn)了將漏電感從圖1A和1B的現(xiàn)有技術(shù)的裝置中表現(xiàn)出的大約0. 103 μ Η減少 到圖2的實(shí)施方式中的大約0.057 μ Η，也即減少了大約百分之四十四（44%)。漏電感的這 種百分之四十四（44%)的減少主要通過扁平線圈布置的深交錯(cuò)性質(zhì)實(shí)現(xiàn)。
[0057] 現(xiàn)在參照?qǐng)D3,示出并詳細(xì)描述與圖2的電感裝置一起使用的管座裝置300的示例 性實(shí)施方式。管座主體（header body)302優(yōu)選地由注射模制（injection molded)的聚合 物形成。圖示的實(shí)施方式中的管座主體包括被設(shè)計(jì)成容納或適應(yīng)（accommodate)下芯元件 的中心腔304。通過將中心腔的尺寸調(diào)節(jié)為略大于下芯元件，將下芯元件適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉诠茏?裝置內(nèi)，以便有助于交錯(cuò)式扁平線圈布置與端子銷306的自對(duì)準(zhǔn)。
[0058] 在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，端子銷306由基于銅的合金材料構(gòu)建，其中基于銅的 合金材料對(duì)于與限制有害物質(zhì)指令（RoHS)相兼容的焊接工藝是有用的。在一個(gè)示例性實(shí) 施方式中，端子銷被插入模制到管座主體中。盡管示例了插入模制端子，如果需要，也可容 易地使用后插入工藝（即在模制工藝之后)。端子銷的尺寸還被調(diào)節(jié)為與存在于交錯(cuò)式扁平 線圈布置206上的相應(yīng)端子孔216匹配。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，端子還包括有助于將 扁平線圈繞組插入到端子上的錐形端部。垂直端子銷的底也以接近90度的角度形成以產(chǎn) 生表面安裝端子310,盡管如果需要，用于端子銷的其它界面(例如通孔端子)也能夠容易地 替換。盡管圖示為包括鷗翼（gull-wing)表面安裝端子，但應(yīng)當(dāng)意識(shí)到也可包含替代的布 置。例如，端子可包括卷軸頭（spool head)表面安裝端子，其中卷軸頭表面安裝端子被構(gòu) 造用于在不增加電感裝置的總覆蓋面積的條件下將電感裝置表面安裝到印刷電路板。此 夕卜，將意識(shí)到，管座裝置可包括在1993年5月18日發(fā)布的名稱為"Self leaded surface mounted coplanar header"的與 Gutierrez 共有的美國專利 No. 5, 212, 345 或者 1994 年 5 月3日發(fā)布的名稱為"Self leaded surface mount coil lead form"的與Lint共有的美 國專利No. 5, 309, 130中描述的類型的自引導(dǎo)（self-leaded)布置(未示出），在此通過參考 的方式將上述兩個(gè)美國專利的全部內(nèi)容并入本文。通過給出的本發(fā)明公開內(nèi)容，這些和其 它實(shí)施方式對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將是顯而易見的。
[0059] 現(xiàn)在參照?qǐng)D4,以組裝的形式顯示了圖2中示出的電感裝置200。如前面討論的， 交錯(cuò)式扁平線圈布置206安裝在下芯元件的中心柱上并且對(duì)準(zhǔn)，使得端子孔216與管座裝 置208的相應(yīng)端子銷306匹配。隨后，利用錫焊或其它接合方法(例如電阻焊接等）將扁平 線圈繞組與端子銷接合。此外，還如圖4中示出的實(shí)施方式中顯而易見的，多于一個(gè)的端子 連接可存在于給定的端子銷410上，以便有助于包含中心抽頭。此外，端子連接可存在于端 子銷的不同水平面（varying level)處。由于相鄰端子連接之間的距離被最大化以防止裝 置對(duì)于高電壓電位的抵抗(這種抵抗會(huì)導(dǎo)致相鄰端子銷之間的電弧放電/短路等)，這種構(gòu) 造是有利的。
[0060] 示例性電感裝置應(yīng)用
[0061] 本文描述的示例性電感裝置可以在任何數(shù)量的不同操作應(yīng)用中使用。除了具有 單個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)或多個(gè)次級(jí)繞組的電源變壓器之外，本文描述的電感裝置的其它可能 電應(yīng)用包括但不限于在電源應(yīng)用中使用的隔離變壓器、電感器、共模扼流圈以及開關(guān)模式 電源變壓器等。此外，本文描述的示例性電感裝置適用于在直流（DC) -DC正向/半橋以及 DC-DC全橋拓?fù)渲惺褂?。通過給出的本發(fā)明公開內(nèi)容，這些和其它的電感裝置應(yīng)用對(duì)于本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員而言將是顯而易見的。
[0062] 制造方法
[0063] 現(xiàn)在參照?qǐng)D5,現(xiàn)在詳細(xì)描述制造例如圖2-4的電感裝置的方法500的示例性實(shí)施 方式。將意識(shí)到，盡管根據(jù)圖2-4的電感裝置200給出了下文描述，但是本方法通?？梢砸?適當(dāng)?shù)母男蛻?yīng)用于本文公開的裝置的各種其它構(gòu)造和實(shí)施方式；當(dāng)提供了本發(fā)明的公開內(nèi) 容時(shí)，這種改型對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將很容易實(shí)現(xiàn)。
[0064] 在步驟502,提供管座裝置。管座裝置例如可通過從外部實(shí)體購買來獲得，或者它 們可由裝配工本土制造，或者前述的組合。示例性的管座裝置如前討論的利用聚合物領(lǐng)域 中熟知的類型的標(biāo)準(zhǔn)注射模制工藝制造，盡管也可以使用其它構(gòu)造和工藝。此外，管座裝置 將包含柱銷端子，其中銷端子的底優(yōu)選地被形成為提供表面安裝連接，盡管也可使用其它 類型的表面安裝或其它安裝方式(例如通孔端子等)。
[0065] 在步驟504,提供一個(gè)或多個(gè)芯元件。本文描述的上芯元件例如可通過從外部實(shí)體 購買來獲得，或者可選地廠內(nèi)（in-house)制造。下芯元件也通過從外部實(shí)體購買來獲得或 者制造。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，上述示例性電感裝置的芯組件利用任何數(shù)量的熟知制 造工藝（比如壓制或燒結(jié)）由磁性可滲透材料(例如所謂的"軟"鐵、層壓硅鋼、羰基鐵、鐵粉 和/或鐵氧體陶瓷）形成。本文描述的芯元件的示例性實(shí)施方式被生產(chǎn)為具有各種取決于 材料的磁通量屬性、橫截面形狀、冒口尺寸（riser dimension)、間隙等。
[0066] 在步驟506,提供扁平線圈繞組。在一個(gè)實(shí)施方式中，扁平線圈繞組被形成在芯棒 上，隨后利用諸如聚對(duì)二甲苯涂覆氣相沉積之類的公知工藝被絕緣。扁平線圈可以單獨(dú)地 形成，或者可選地同時(shí)形成有多個(gè)扁平線圈。扁平線圈優(yōu)選地由基于銅的合金扁平電線形 成；盡管也可容易地替換其它類型的導(dǎo)電材料比如鎳鐵合金(例如合金42)。在形成之后， 用以與管座裝置上的相應(yīng)柱銷匹配的端子孔以及可選的缺口（notch)被壓印到扁平線圈繞 組中。可選地，端子孔和缺口在被設(shè)置和形成到芯棒上之前被壓印到扁平線圈繞組中。 [0067] 在步驟508,利用本文描述的方法將扁平線圈布置到期望的深交錯(cuò)式扁平線圈布 置中。在一個(gè)實(shí)施方式中，深交錯(cuò)式扁平線圈布置被放置到下芯元件上，并使得下芯元件的 中心芯元件被容置在扁平線圈繞組的中心開口內(nèi)。然后將上芯元件設(shè)置到下芯元件上并與 下芯元件匹配。然后通過環(huán)氧粘結(jié)劑或者通過諸如外部夾之類的機(jī)械裝置將上芯元件和下 芯元件彼此緊固。
[0068] 在步驟510,將組裝的芯和深交錯(cuò)式扁平線圈組件放置到管座裝置上。在一個(gè)實(shí)施 方式中，交錯(cuò)式扁平線圈組件被放置在管座裝置的內(nèi)部腔內(nèi)，并使得該組件位于如圖3所 示的管座裝置的內(nèi)部支架部件（standoff feature) 312上。然后，芯組件通過使用粘結(jié)劑 被可選地緊固到管座裝置，或者通過諸如按壓裝配（press fit)或按扣部件（snap feature) 之類的機(jī)械裝配緊固。在安裝期間，扁平線圈繞組的端子孔被布置為，使得它們與管座裝置 的相應(yīng)端子銷匹配。
[0069] 在可選的布置中，首先，例如使用環(huán)氧粘結(jié)劑將下芯緊固到管座裝置。然后，交錯(cuò) 式扁平線圈組件被放置到底芯上，并被布置為使得端子孔被容置到端子上。隨后，使用環(huán)氧 粘結(jié)劑將上芯元件接合到下芯元件。然后，使用一個(gè)或多個(gè)面對(duì)面接合或橋接合（bridge bond)將上芯元件和下芯元件彼此緊固。
[0070] 在步驟512,將管座裝置端子銷和子組件的交錯(cuò)式扁平線圈布置接合。在一個(gè)實(shí)施 方式中，利用標(biāo)準(zhǔn)共晶焊接（eutectic solder)來執(zhí)行接合。在可選的實(shí)施方式中，可在扁 平線圈繞組的端子孔處使用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂（conductive epoxy),由此形成與管座裝置的端 子銷的機(jī)械和電連接。在另一個(gè)可選實(shí)施方式中，該布置通過焊接技術(shù)(例如電阻焊接）被 緊固到端子銷。
[0071] 在步驟514和516,例如通過使用超聲波清洗機(jī)來可選地清洗管座(例如在去離子 水或異丙醇或其它溶劑中清洗2-5分鐘)，以便去除例如能導(dǎo)致基礎(chǔ)電感裝置退化的化學(xué)物 和污染物。然后，電感裝置被作上標(biāo)記(包括產(chǎn)品號(hào)和制造碼)，如果需要的話被測試，并且 如果必要的話隨后被返工，以校正任何可能存在的制造缺陷。隨后，優(yōu)選地以有助于自動(dòng)化 處理(例如帶（tape)和卷軸載體（reel carrier)等）的封裝方式將電感裝置封裝，以用于 裝運(yùn)。
[0072] 現(xiàn)在參照?qǐng)D6,示出了工藝流程圖，該工藝流程圖示出了深交錯(cuò)式扁平線圈布置的 構(gòu)造的一個(gè)實(shí)施方式。在圖6的實(shí)施方式中，請(qǐng)注意，扁平線圈繞組652、654、656在被布置 在它們的深交錯(cuò)式布置中之前形成。在步驟602,提供兩個(gè)扁平線圈繞組，并且通過以逆時(shí) 針旋轉(zhuǎn)方式旋轉(zhuǎn)扁平線圈繞組652來纏繞這兩個(gè)扁平線圈繞組。如在步驟604示出的，兩 個(gè)繞組652和654現(xiàn)在處于深交錯(cuò)式布置中，由此形成雙線繞組10。形成雙線繞組所需的 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的次數(shù)可以改變，并且例如可包含在每個(gè)繞組652和654中存在的匝數(shù)。例如， 圖示的實(shí)施方式示出了四（4)次順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在步驟606,在先前形成的雙線繞組的匝內(nèi)旋 轉(zhuǎn)第三繞組656,以便形成三線繞組。最終的深交錯(cuò)式布置被形成為，使得初級(jí)和次級(jí)扁平 線圈繞組的端子被分別設(shè)置在正好相對(duì)的端部上。
[0073] 圖7示出并詳細(xì)描述形成交錯(cuò)式扁平線圈布置700的第二示例性方法。在步驟 702,提供兩片扁平繞組材料（winding stock)。
[0074] 在步驟704,繞著繞組芯棒(未示出）同時(shí)纏繞兩片扁平繞組材料。
[0075] 在步驟706,繼續(xù)纏繞兩片扁平繞組材料，以便將附加的匝添加到交錯(cuò)式扁平線圈 繞組。扁平繞組材料的端部被定位成，使得初級(jí)繞組和次級(jí)繞組被設(shè)置在正好相對(duì)的端部 上。
[0076] 在步驟708,在兩個(gè)交錯(cuò)式扁平線圈繞組的端部內(nèi)壓印端子孔?？蛇x地，盡管端子 孔被描述為在被纏繞到它們的最終交錯(cuò)式線圈繞組形式中之后被壓印，但是端子孔也可在 步驟704被纏繞之前，被壓印到扁平繞組材料中。
[0077] 盡管結(jié)合兩個(gè)扁平線圈繞組描述了前述方法，但應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，可將三個(gè)或更多個(gè) 繞組纏繞到交錯(cuò)式扁平線圈布置中。
[0078] 將意識(shí)到，盡管根據(jù)具體的方法步驟順序描述了本發(fā)明的某些方面，這些描述僅 是本發(fā)明更寬范圍的方法的示例，可以根據(jù)具體應(yīng)用的需要被改型。在某些情況下，某些步 驟可表現(xiàn)為不必要或者為可選的。此外，可將某些步驟或功能添加到公開的實(shí)施方式中，或 者兩個(gè)或更多個(gè)步驟的執(zhí)行順序可改變。所有這些變化都被視為涵蓋在本文公開和要求保 護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0079] 盡管上述詳細(xì)描述已經(jīng)顯示、說明和指出了如應(yīng)用于各種實(shí)施方式的本發(fā)明的新 的特征，將理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的條件下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對(duì)例示 的裝置或工藝的形式和細(xì)節(jié)作出各種省略、替換和改變。前述描述是當(dāng)前構(gòu)思用以實(shí)施本 發(fā)明的最佳模式。本說明書決不是限制性的，而應(yīng)當(dāng)被視為對(duì)本發(fā)明總的原理的例示。本 發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)參考權(quán)利要求書來確定。
【權(quán)利要求】
1. 一種電感裝置，包括： 包括多個(gè)端子的管座裝置； 至少一個(gè)芯；以及 以交錯(cuò)形式布置的兩個(gè)或更多個(gè)扁平線圈繞組，所述兩個(gè)或更多個(gè)扁平線圈繞組與所 述至少一個(gè)芯鄰近地設(shè)置并且與所述多個(gè)端子中的相應(yīng)端子電耦合。
2. 如權(quán)利要求1所述的電感裝置，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)扁平線圈繞組以深交錯(cuò)形式 布置，以相比具有未以深交錯(cuò)形式布置的兩個(gè)或更多個(gè)扁平線圈繞組的類似電感裝置，至 少減少所述電感裝置的漏電感。
3. 如權(quán)利要求2所述的電感裝置，其中所述深交錯(cuò)形式還減少在所述兩個(gè)或更多個(gè)扁 平線圈繞組之間的耦合電容。
4. 如權(quán)利要求1所述的電感裝置，其中所述至少一個(gè)芯包括上芯元件和下芯元件。
5. 如權(quán)利要求4所述的電感裝置，其中以所述交錯(cuò)形式布置的所述兩個(gè)或更多個(gè)扁平 線圈繞組在被容置在所述下芯元件上之前形成。
6. 如權(quán)利要求4所述的電感裝置，其中所述下芯元件還包括： 平坦的底表面；以及 包括多個(gè)冒口兀件和一中心柱兀件的相對(duì)內(nèi)表面。
7. 如權(quán)利要求6所述的電感裝置，其中所述下芯元件還包括一個(gè)或多個(gè)對(duì)準(zhǔn)部件，所 述對(duì)準(zhǔn)部件被構(gòu)造成與位于所述管座裝置上的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)部件匹配。
8. 如權(quán)利要求1所述的電感裝置，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)扁平線圈繞組包括三個(gè)扁平 線圈繞組，所述三個(gè)扁平線圈繞組包括一初級(jí)扁平線圈繞組和兩個(gè)次級(jí)扁平線圈繞組。
9. 如權(quán)利要求8所述的電感裝置，其中所述初級(jí)扁平線圈繞組包含五（5)匝，所述兩個(gè) 次級(jí)扁平線圈繞組的每一個(gè)包含兩（2)匝，以提供5T:2T:2T的匝數(shù)比。
10. 如權(quán)利要求1所述的電感裝置，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)扁平線圈繞組的每一個(gè)包 括多個(gè)端子孔，所述端子孔被構(gòu)造成由所述多個(gè)端子中的相應(yīng)端子容置。
11. 如權(quán)利要求10所述的電感裝置，其中至少兩個(gè)所述端子孔被構(gòu)造成由所述多個(gè)端 子中的單個(gè)端子容置。
12. 如權(quán)利要求4所述的電感裝置，其中所述管座裝置包括中心腔，所述中心腔被構(gòu)造 成容置所述下芯元件。
13. 如權(quán)利要求12所述的電感裝置，其中所述多個(gè)端子的至少一部分均包括錐形端 部，并且所述兩個(gè)或更多個(gè)扁平線圈繞組的至少一部分還包括一個(gè)或多個(gè)端子孔，所述錐 形端部被構(gòu)造成容置在所述一個(gè)或多個(gè)端子孔內(nèi)。
14. 一種與扁平線圈電感裝置一起使用的管座裝置，包括： 包括上表面和下表面的管座主體；以及 多個(gè)端子，每個(gè)所述端子具有從所述上表面突出的第一部分和從所述下表面突出的第 二部分。
15. 如權(quán)利要求14所述的管座裝置，其中所述管座主體還包括中心腔，所述中心腔被 構(gòu)造成在所述管座主體的中心腔內(nèi)容納芯元件。
16. 如權(quán)利要求15所述的管座裝置，還包括設(shè)置在所述中心腔內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)支架部 件，所述一個(gè)或多個(gè)支架部件被構(gòu)造成與設(shè)置在所述中心腔內(nèi)的芯元件對(duì)準(zhǔn)。
17. 如權(quán)利要求15所述的管座裝置，其中所述端子的第一部分還包括錐形端部，所述 錐形端部有助于將扁平線圈繞組插入到所述端子上。
18. 如權(quán)利要求17所述的管座裝置，其中所述端子的第二部分還包括表面安裝末端。
19. 一種制造電感裝置的方法，包括： 提供包括多個(gè)端子的管座裝置； 提供一個(gè)或多個(gè)芯元件； 提供多個(gè)扁平線圈繞組； 使所述多個(gè)扁平線圈繞組彼此深交錯(cuò)； 將深交錯(cuò)式扁平線圈繞組和所述一個(gè)或多個(gè)芯元件組裝在所述管座裝置內(nèi)；以及 將所述深交錯(cuò)式扁平線圈繞組接合到所述多個(gè)端子中的相應(yīng)端子，以形成所述電感裝 置。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中接合所述深交錯(cuò)式扁平線圈繞組的步驟還包括將 所述多個(gè)扁平線圈繞組中的兩個(gè)或更多個(gè)接合到所述多個(gè)端子中的單個(gè)端子。
【文檔編號(hào)】H01F17/04GK104103399SQ201410143583
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月10日
【發(fā)明者】王賢峰, 馬宏鐘 申請(qǐng)人:脈沖電子股份有限公司