DE29700756U1 - Oberflächenmontierbares Induktivitätsbauteil - Google Patents

Description

G 071 29.07.96

Oberflächenmontierbares Induktivitätsbauteil

Die vorliegende Erfindung betrifft ein oberflächenmontierbares Induktivitätsbauteil, beispielsweise eine Drossel, eine Schwingkreispule oder einen Übertrager mit einem Ferritkern. Da sich Induktivitäten nur mit sehr großen Problemen und technischen Einschränkungen in gedruckte oder integrierte Schaltungen integrieren lassen, führt man sie als diskrete Bauelemente aus, die den Anforderungen an eine automatische Bestückung genügen müssen und deren Außenabmessungen in allen drei Raumdimensionen zu minimieren sind, damit die Vorzüge der Schaltungsminiaturisierung, wenn der Schaltungsentwurf Induktivitäten vorsieht, erhalten bleiben und voll zur Geltung kommen.

Es ist bereits eine große Anzahl von Induktivitäten in SMD-Ausführung bekannt, wobei zwischen solchen mit geschlossenem oder allenfalls gering geschertem Magnetkreis (Übertrager, Drosseln mit Topfkern, X-Kern oder dergleichen) und Antennenspulen mit weitgehend offenem, zu großen Anteilen durch Luft verlaufenden Magnetkreis zu unterscheiden ist. Bei den zuerst genannten Induktivitäten ist die Achse des Magnetkerns meist senkrecht zur Montagefläche (Leiterplatte) angeordnet (elektronik Industrie Nr. 10/1992, S. 92 - 26), was zwangsläufig die Bauhöhe vergrößert.

Aus der erwähnten Veröffentlichung in der Zeitschrift „elektronik Industrie" sind verschiedene, in den Kunststoffspulenkörper eingeformte Kontaktanordnungen aus Metall bekannt. Die sogenannten „Tellerstifte" werden in dieser Veröffentlichung als optimal hinsichtlich des Flächenbedarfs auf der Leiterplatte, jedoch wegen sogenannter „Eiszapfenbildung" beim Anlöten der Wickeldrähte und wegen der Abschattung beim Reflow-Löten und erschwerter Sichtkontrolle der Lötstellen bereits in der Veröffentlichung als nachteilig eingeschätzt. Hinzu kommt als weiterer Nachteil, daß die vertikale Anordnung der Tellerstifte zwar in der Flächenausdehnung auf der Leiterplatte Platz einzusparen hilft, zugleich aber die Bauhöhe vergrößert.

Günstiger sind in dieser Beziehung in vielen Ausführungsformen bekannt gewordene Anschlüsse in Form eines gestreckten „S" (beispielsweise, der sogenannte „Gullwing"-Anschluß) (siehe EP 0 400 619 Al) sowie L-förmige Anschlüsse. Sie erfordern zwar mehr Fläche auf der Leiterplatte, aber die Lötstelle ist besser visuell kontrollierbar und die Bauhöhe der ganzen Vorrichtung wird vermindert, wenn auch im vollen Maße nur soweit es der Spulenkörper oder ggf. ein Gehäuse zulassen und soweit nicht das „L" in einem Abstand vom Gehäuseboden ausgebildet wird, wie es beispielsweise in der Europäischen Patentschrift 0 537 314 vorgeschlagen wird, um an sich zum Stecken vorgesehene Ausführungen auch bei der SMD-Montage einsetzen zu können.

Eine weitere in der o.e. Zeitschrift veröffentlichte und empfohlene Ausführung, der sogenannte J-Anschluß, weist eine räumliche Trennung der Funktionen von Wicklungsanschluß und Kontaktierung auf der Leiterplatte (mittels einer gerollten Blechzunge) bei einer ansonsten einstückigen Ausführung auf. Diese letztgenannte Ausführung erfordert ein sehr kompliziert geformtes Blech-Stanz- und -Biegeteil. Allen diesen Ausführungen ist gemeinsam, daß die Einformung des Blechteils in das Kunststoffteil insbesondere bei der thermischen Belastung beim Löten aber auch bei mechanischen Belastungen eine Schwachstelle bei Zuverlässigkeitstests darstellen kann. Ein spezielles Umspritzverfahren, bei welchem die Formteilungsebene asymmetrisch in die Ebene der Blechteile gelegt wird (DE 40 23 141), hat die Abstellung genau dieses Mangels zur Aufgabe. Es kuriert aber nur an den Symptomen, ohne die Aufgabe der Erreichung höchster Zuverlässigkeit prinzipiell zu lösen.

Integrierte Ausführungen, bei denen an den Kern einstückig angeformte Kontaktierungs-Füße aus Keramik, insbesondere aus Ferrit, mit der Drahtwicklung verbunden sind, sind sowohl für Übertrager-Lochkerne mit waagerechter, d.h. zur Leiterplatte paralleler Achse (DE 38 20 976 oder DE 39 38 718) als auch mit senkrechter Achse (DE 22 29 859) bekannt geworden. Dabei finden sehr kompliziert gestaltete und damit problematische Keramik-Spritzteile Verwendung.

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Schließlich sind weitere Ausführungsformen von SMD-geeigneten Induktivitäten bekannt geworden, welche verschiedene Möglichkeiten der Platzausnutzung ausgestalten, aber durch Biegevorgänge nach der Einformung von Blechteilen wiederum dem erwähnten Zuverlässigkeitsaspekt nicht voll Rechnung tragen und fertigungstechnisch schwerer beherrschbar sind:

Das Deutsche Gebrauchsmuster G 90 17 912.9 (offenbar in Anlehnung an das im Zusammenhang mit DE 40 23 141 beschriebene Herstellungsverfahren) sowie die Deutsche Auslegeschrift 26 17 465 beschreiben rechtwinklig ausgebildete und am Trägerkörper befestigte Anschlußlaschen, die zur Ausbildung der SMD-Kontakte abschließend um den Grundkörper herum gebogen werden. Bei der zuletzt genannten Auslegeschrift bilden die Anschlußlaschen ein liegendes, nach innen offenes „U", welches einen entsprechend geformten Ferritkörper formschlüssig umfaßt. Dies trägt zwar zu einer beträchtlichen Verminderung der Bauhöhe bei, aber der Ferritkörper ist entsprechend kompliziert geformt und wird überdies direkt der Erhitzung beim Löten der Wicklungsanschlüsse sowie bei der Montage auf der Leiterplatte ausgesetzt.

Das Deutsche Gebrauchsmuster G 89 04 003.1 beschreibt ein seitlich offenes Kunststoffgehäuse mit eingeformten L-förmigen Anschlußelementen, deren Lötfläche nur wenig aus der Gehäuseunterseite herausragt während die gegenüberliegende Fläche dieses Abschnittes dort anliegt, was zur Minimierung der Bauhöhe beiträgt.

Weiterhin sind formschlüssig zu einem fast geschlossenen „O" (EP 0 387 441 oder US 4.888.571 A) gebogene SMD-Kontakte bekannt geworden, wobei die an zweiter Stelle genannte technische Lösung vor dem letzten Biegevorgang zwangsläufig ein liegendes, nach außen offenes „U" aufweist. Bei beiden technischen Lösungen ist die starke Beanspruchung des Materials und zwar sowohl des Blechstreifens einschließlich der Lötstelle des Wicklungsanschlusses als auch des Grundkörpers aus Kunststoff nachteilig. Die zweite technische Lösung erfordert weiterhin komplizierte Stanzteile mit in der Längserstreckung unterschiedlichen Querschnitten. Abgesehen vom hohen Aufwand für das Stanzwerkzeug

können hier auch in nachteiliger Weise Kerbspannungen und Risse am Ort der Querschnittsänderungen auftreten.

Schließlich sind seit langem sogenannte „Pilzkerne" als Ersatz für die wegen ihrer Form schwieriger herstellbaren sogenannten „Garnrollenkerne" in „halboffenen" Magnetkreisen bekannt (Firmendruclcschrift der Anmelderin „Gesamtkatalog 1-6, 1980", Seite 2.19).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach herzustellendes und platzsparendes oberflächenmontierbares Induktivitätsbauteil mit Ferritkern zu schaffen, wobei übermäßige Beanspruchungen sowohl während der Herstellung als auch während der Montage auf der Leiterplatte vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Schutzansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.

Die Gestaltung der erfindungsgemäßen Blechstreifen ergibt eine in allen drei Raumdimensionen platzsparende Anordnung, wobei diese in der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 besonders einfach herstellbar sind. Werden die Blechstreifen vorzugsweise vor dem Einformen in dem Grundkörper zum „U" gebogen und so in die Spritz- oder Preßform zur Kunststofformung eingelegt, dann unterbleibt jegliche Beanspruchung beider formschlüssig verbundenen Teile durch nachträgliche Biegevorgänge.

Die Wärmebeanspruchung des Ferritkerns beim Löten der zuvor um den Blechstreifen gewickelten Wicklungsanschlüsse kann ganz vermieden werden, indem dieser erst danach eingesetzt wird. Bei der Montage auf der Leitplatte kann sie ebenfalls in Grenzen gehalten werden, weil die Unterseite (der „Hut" des Pilzes") nicht direkt auf der Leiterplatte aufliegt, sondern vor dieser durch einen isolierenden Luftzwischenraum getrennt ist.

Die Wärmebeanspruchung bei der Montage durch Wärmeleitung im Grundkörper muß schon aus dem Grunde gering gehalten werden, daß sich die Lötung der Wicklungsanschlüsse nicht löst.

Die Ausbildung der Oberseite des Spulenkörpers als ebene Fläche erlaubt eine gut sichtbare Hersteller- und Typenbeschriftung und ist an den Einsatz von Bestückungsautomaten angepaßt.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die beigefügten Zeichnungen darstellen:

Fig. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Induktivitätsbauteils von unten (d.h. von der Montagefläche der Schaltungsplatte her) und

Fig. 2 einen Teilschnitt entlang der Achse des Ferritkerns.

Beim Spritzen eines Grundkörpers 1 mit angeformtem Spulenkörper 2 aus Polyamid werden zu einem U gebogene Blechstreifen 3 mit einem Querschnitt von 0,5 &khgr; 0,4 mm² in die Form eingelegt und in der in Fig. 2 erkennbaren Weise formschlüssig eingeformt. Um eine Induktivität von 1 mH herzustellen, werden auf den Spulenkörper 2 .... Windungen Kupferlackdraht 4 aufgebracht und dessen abisolierte Enden um die oberen Schenkel der U-förmigen Blechstreifen 3 gewickelt und dort verlötet. Schließlich wird ein Pilz-Ferritkern 5 bis zum Anschlag in den Grund- und Spulenkörper 1 bzw. 2 eingeschoben. Die Oberseite des Spulenkörpers 2 ist als durchgehende Fläche 6 ausgebildet, so daß dort die Saugköpfe von Bestückungsautomaten Halt finden. In Fig. 2 ist auch erkennbar, daß die Unterseite 7 des Grundkörpers 1 nur um die Dicke des Blechstreifens 3 von 0,4 mm höher liegt als die Montagefläche einer Schaltungsplatte, bspw. einer gedruckten Schaltung, wodurch sich ein geringer Platzbedarf in der Höhenabmessung ergibt. Das beschriebene Induktivitätsbauteil benötigt einschließlich der erfindungswesentlichen Blechstreifen 3 eine Grundfläche von 10 &khgr; 14,5 mm², die Gesamthöhe beträgt knapp 10 mm.

Claims (4)

G 071 29.07.96 Schutzansprüche

1. Oberflächenmontierbares Induktivitätsbauteil mit einem Ferritkern, vorzugsweise einem rotationssymmetrischen Ferritkern mit T-Querschnitt (einem sogenannten Pilzkern), dessen Wicklungsachse senkrecht zur Montagefläche der Schaltungsplatte verläuft sowie mit einer oder mehreren Drahtwicklungen, deren Wicklungsenden mit jeweils von der Montagefläche abgewandten Enden gebogener, einen Grundkörper durchdringender Blechstreifen verbunden sind, wobei die anderen Enden der letzteren zur Ausbildung von Kontaktierungsflächen
parallel zur Montagefläche abgebogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstreifen (3) als liegendes, in bezug auf den Grundkörper (1) nach außen offenes „U" ausgebildet
sind.

2. Induktivitätsbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechstreifen (3) rechteckig mit über seiner Längserstreckung konstantem Querschnitt ausgebildet ist.

3. Induktivitätsbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilzkern (5) mit seinem Kopf zur Montagefläche hin in den Grundkörper (1) und in einen an diesem angeformten Spulenkörper (2) eingesteckt ist.

4. Induktivitätsbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiel des
Pilzkernes an einer oberen Wand des Spulenkörpers (2) anliegt, die außen als durchgehende Fläche (2) ausgebildet ist.