一种三维立体PCB电感的结构的制作方法

专利2025-08-02  24


本发明属于电子元器件,尤其涉及一种三维立体pcb电感的结构。


背景技术:

1、随着器件的高密度小型化发展趋势,促使pcb板的面积逐渐减小,但板面上要求贴装的电子元件却有增无减,其中无源器件的面积占比高达60%-70%,不利产品小型化、高密度化。而且,大部分电感器件都需要手工去贴装,成了影响封装效率的关键因素,且在无源器件中,电感对频率的敏感程度要高于电容,在不同的频率下,电感表现出的电学性能波动很大,在调试过程中都会尽量避免修改电感而选择去改动电容。

2、现有技术一的技术方案:

3、实现内埋式电感器件,必须满足电感的两个物理条件有磁芯及环绕的线圈,才能在直流、交流电中利用导电线圈储存交流磁场能量,完成相应的电路功能。所以电感内埋磁芯与线圈是必不可缺的。通过在pcb板里挖一个空心圆柱体来放置磁芯,同时要注意挖去的空心圆柱体外直径要略大于磁芯的外直径,内直径要略小于磁芯的内直径。

4、而环绕的线圈,则需要环磁芯内外围布置金属孔与线路连接来导通,以内径的钻孔点向外径钻孔点旋转的方式连接,并设计电路回路端口替代环绕线圈,即在环磁芯内外围各打上通孔,连接上一层和下一层,在层上通过布线来连接,层之间用通孔来连接,这样就形成了一个线圈回路。

5、现有技术一的缺点:

6、①磁芯采用铁粉芯,电感q值低,只能在较低的频率下性能良好,一旦涉及到微波层次,在ghz下性能会受到极大的影响。

7、②埋入电感只有固定的电感值,不可调节,无法减轻调试过程中的负担。

8、现有技术二的技术方案:

9、制作一种pcb印制电感,在pcb板的至少一个板层印制有一个或多个呈螺旋状的电感。所述电感呈圆弧螺旋状或矩形螺旋状或八边形螺旋状,如图1所示。所述pcb板为单面pcb板或多层pcb板,螺旋状的电感与电路元件设置于同一板层直接通过走线相连,或者电感与电路元件设置于不同板层,电感通过贯穿pcb板的过孔与另一板层的电路元件相连。

10、现有技术二的缺点:

11、①埋入的为平面电感,在愈发减小的pcb板面积的前提下,平面电感所在层的走线面积被压缩,不利于合理分配走线。

12、②埋入电感只存在两端过孔,为固定的电感值,不可调节,无法减轻调试过程中的负担。


技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷,提供一种三维立体pcb电感的结构。本发明将聚四氟乙烯介质作为磁芯,不同于现有的铁粉芯电感,磁芯是埋入pcb板,本发明磁芯不需要埋入pcb板,绕制的铜线是埋入的,也不同于现有的平面电感。

2、本发明解决了铁粉芯的适用频率较低,无法应用于微波频段,且以铁粉芯为磁芯所形成的埋入电感存在q值极低的问题,损耗较大。同时解决平面电感所占面积大,会加大走线难度和埋入电感值固定,不利于加快调试进度的问题。

3、本发明采用如下技术方案:

4、一种三维立体pcb电感的结构,以聚四氟乙烯为磁芯,磁芯为圆环状,在磁芯的内环以及外环上布置多个过孔,过孔均为半圆孔,过孔分为表层过孔以及底层过孔,过孔内沉铜实现电气连接,表层过孔设置在表层焊盘上,底层过孔设置在底层焊盘上,表层焊盘上的表层过孔用铜线顺时针/逆时针串联连接,底层焊盘上的底层过孔用铜线顺时针/逆时针串联连接。其中,表层过孔与底层过孔均保留一个过孔,使其各自通过铜线只与一个过孔连接。

5、进一步,当需要调节所需电感时,通过调节焊接到表层焊盘和/或底层焊盘上的不同过孔,从而调节线圈的匝数,实现根据需求调节电感值。

6、本发明的有益效果:

7、1.用聚四氟乙烯来代替只适用较低频率的铁粉芯,具备损耗更小,在微波频段依旧有良好的性能等优点。磁导率和介电常数都是无线电波传播的重要物理量。介电常数是衡量电介质极化程度的宏观物理量,表征电介质贮存电能能力的大小,从而也表征了阻碍信号传输能力的大小。介质损耗角正切是电介质损耗电能能力的表征物理量,也是绝缘材料损失信号能力的表征物理量,其值越高,介质电导和介质极化滞后效应越明显,电能损耗或信号损失越多。

8、聚四氟乙烯具备耐高温,稳定且小的介电常数和介质损耗角正切等优点,在ghz下介电常数只有2.55,介质损耗角正切通常为0.0002,这意味着它在使用时不会产生明显的损耗热量,而q=ωl/r,聚四氟乙烯的等效损耗电阻r小,这对于提高q值有显著效果,因此被广泛用于高频电路中,而铁粉芯的磁导率在10-100左右,类比介电常数,也可以表征阻碍信号传输能力的大小。在高频磁场下,铁粉芯的磁性能会发生显著变化,从而影响其应用性能,只适用于较低频率,无法在ghz下正常工作。二者在不同频率下作为磁芯绕制电感的q值,聚四氟乙烯的磁导率为1,在10-1000mhz下q值也可以保持在90-120之间,相反铁粉芯的磁导率在10-100之间,而在10-1000mhz下q值在15以下,普遍在8,q值太小,会导致插损过大,即传输信号的损耗过大。

9、2.采用三维一体成型结构,不再局限于平面电感,所占面积小,不会加大走线难度。

10、3.存在多个过孔,可以通过焊接在焊盘上的不同过孔来调节电感值,减小调试压力。



技术特征:

1.一种三维立体pcb电感的结构,其特征在于,以聚四氟乙烯为磁芯,磁芯为圆环状,在磁芯的内环以及外环上布置多个过孔,过孔均为半圆孔,过孔分为表层过孔以及底层过孔,过孔内沉铜实现电气连接,表层过孔设置在表层焊盘上,底层过孔设置在底层焊盘上,表层焊盘上的表层过孔用铜线顺时针/逆时针串联连接,底层焊盘上的底层过孔用铜线顺时针/逆时针串联连接,其中,表层过孔与底层过孔均保留一个过孔,使其各自通过铜线只与一个过孔连接。

2.根据权利要求1所述的三维立体pcb电感的结构,其特征在于,当需要调节所需电感时,通过调节焊接到表层焊盘和/或底层焊盘上的不同过孔,从而调节线圈的匝数,实现根据需求调节电感值。


技术总结
本发明提供一种三维立体PCB电感的结构,以聚四氟乙烯为磁芯,磁芯为圆环状,在磁芯的内环以及外环上布置多个过孔,过孔均为半圆孔,过孔分为表层过孔以及底层过孔,过孔内沉铜实现电气连接,表层过孔设置在表层焊盘上,底层过孔设置在底层焊盘上,表层焊盘上的表层过孔用铜线顺时针/逆时针串联连接,底层焊盘上的底层过孔用铜线顺时针/逆时针串联连接,其中,表层过孔与底层过孔均保留一个过孔,使其各自通过铜线只与一个过孔连接。本发明采用三维一体成型,电感值可调节,采用低介电常数的聚四氟乙烯作为磁芯,Q值高,体积小。

技术研发人员:雷瑶,焦向全,鄢科
受保护的技术使用者:成都兴仁科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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