DE3044332A1

DE3044332A1 - Hybridschaltung

Info

Publication number: DE3044332A1
Application number: DE19803044332
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. Beutil; Helmut Dr.rer.nat. Haltenorth; Herbert Dipl.-Ing. 8000 München Prussas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-04-25
Filing date: 1980-11-25
Publication date: 1982-06-16

Description

Hybridschaltunff .
Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung des Grundprinzips von der im Hauptpatent/Hauptanmeldung angegebenen, älteren Hybridschaltung, also von der Hybridschaltung mit - Substrat, - am Substrat angebrachten, z.B. aufgedruckten und eingebrannten, Leiterbahnen, die -- zumindest weitgehend jeweils zwischen zwei mit den betreffenden Leiterbahnen leitend verbundenen Kontaktflecken, also zwischen jeweils einem ersten und einem zweiten Kontaktfleck, liegen, und -- jeweils Fragmente von Windungen einer Magnetspule darstellen, und - so auf diese Fragmente gelegtem Magnetkern mit loch, daß -- seine das Innenloch im Betrieb umschließenden magnetischen Feldlinien jedenfalls weitgehend parallel zur Substratoberfläche verlaufen und -- innerhalb des Innenloches die ersten Kontaktflecken und außerhalb des Magnetkernumrisses die zweiten Kontaktflecken liegen, wobei - der Rest der Windungen jeweils durch über den Magnetkern gelegte Abschnitte von Leiterbahnen gebildet wird, die als Metallschicht auf einem Träger angebracht, z.B. auf einer biegsamen Folie aufgedruckt oder durch Fotoätzung geformt, sind, und - diese Abschnitte der Leiterbahnen leitend an ihrem einen Ende mit einem jeweils zugeordneten ersten Kontaktfleck und an ihrem anderen Ende mit einem jeweils zugeordneten zweiten Kontaktfleck (KF2) verbunden sind.
Die Erfindung eignet sich ebenso wie die ältere Hybridschaltung zur Anwendung als Hybrid-Drossel oder als Hybrid-Transformator, z.B. an Koppelfeldeingängen in einem Fernsprech-Vermittlungssystem als Entkoppeltransformator, der die in die Teilnehmerleitung induzierten Fremdspannungen nicht in das Koppelfeld eindringen läßt.
Dabei hat die Erfindung alle im Hauptpatent/Hauptanmeldung angegebenen Vorteile der älteren Hybridschaltung; sie gestattet also, - die Windungen nicht mehr, oft sehr satgfältig plaziert, von Hand aufwickeln zu müssen, sondern zeitsparend, zumindest weitgehend, maschinell anzubringen, - die hohen Toleranzen für die Dicke bzw. Flachheit der von Hand gewickelten Wicklungen zu vermeiden, indem sinne hohe Gleichmäßigkeit der Wicklungen leichter gesichert ist, - die von Hand gewicklelten Magnetspulen, die über nur wenige Drähte mit dem Substrat verbunden sind, zu vermeiden, indem der Magnetkern über eine Vielzahl von Leitungen mit dem Substrat verbunden ist, wodurch die Hybridschaltung stoßunempfindliche ßst und alsosogar, oft ohne nachträgliches völliges Vergießen mit Kunststoff, auch in hohen Beschleunigungen ausgesetzten Anlagen angewendet werden kann, - den Magnetkern, sogar schon vor dem Verbinden der Abschnitte mit den Fragmenten, auf das Substrat bzw.-auf dessen Fragmente aufzukleben, ohne den Anschluß der Wicklung an die Letterbahnen des Substrats zu erschweren - was die Stoßunempfindlichkeit und räumliche Toleranzgenauigkeit weiter erhöht, - die oft hohen Schwierigkeiten bei der Positionierung und Einzelverlötung der einzelnen Drähte zum Verbinden mit dem Substrat zu vermeiden, obwohl nun eine viel höhere Anzahl solcher Verbindungen herzustellen ist, die Toleranzen der Abstände der Windungs-Abschnitte, die bei der'bekannten Hybridschaltung durch Einzeldrähte gebildet sind, so erheblich zu verbessern, daß die bisher möglichen Kurzschlüsse zwischen diesen Abschnitten sicher vermieden werden, *)durch US 4103267 trotzdem die Länge der einzelnen Abschnitte bei Bedarf nahezu beliebig zu vergrößern, so daß auch sehr breite Magnetkerne ohne weiteres anwendbar und damit auch entsprechend hohe Induktivitäten erreichbar sind, statt der maximal ca. 3 mm Länge, die für angebondete Einzeldrähte zulässig sind, statt nacheinander die Abschnitte verbinden zu müssen, alle Abschnitte, zumindest jeweils an ihrem einen Ende, in einem einzigen Arbeitsgang bevorzugt maschinell, gleichzeitig mit weitgehend gleichmäßig hoher Güte mit den zugeordneten Kontaktfläche zu verbinden, was insbesondere beachtlich viel Zeit und auch Kosten spart, auch billigeres Material, z.B. Kupfermassen, für die Abschnitte statt der bevorzugt aus Gold bestehenden Einzeldrähte (vgl. z.B. Electronics, 20. Juli 1928, Figur auf S. 107) zu verwenden, das Abreißen der Einzeldrähte beim Auflegen auf den Magnetkern und beim Anbonden und damit eine entsprechende Menge von Ausschuß zu vermeiden, wegen des Ersatzes des im allgemeinen Gold erfordernden Bondens von Einzeldrähten auch andere,häufig zuverlässigere, Verbindungsarten, z.B. sog. Flow-Löten mit Zinn, zulassen zu können, weswegen die Erfindung keine Keramik mehr als Substrat, wie noch bei der bei kannten Hybridschaltung nötig, unbedingt voraussetzt; bei der Erfindung ist also auch z.3. ein Oxidharz oder Hartpapier als Substrat zulässig, und ohne größere Schwierigkeiten hinsichtlich räumlicher Toleranzen und hinsichtlich der gegenseitigen ISO1R-tion und Positionierung, bei Bedarf sogar mehrere Lagen von Windungen, auch bei sehr geringen Abständen der Abschnitte voneinander, anbringen zu können und damit rasch und leicht hohe Induktivitäten zu erreichen, so daß insgesamt wegen dieser Vorteile im Ergebnis - die Kosten für die Herstellung der Anordnung im Vergleich zu den Hybridschaltungen mit von Hand gewickelten oder mit Einzeldrähten gebondeten Magnetspulen deutlich gesenkt und - trotzdem die Betriebssicherheit der Hybridschaltung unter Einhaltung enger räumlicher Toleranzen erhöht ist.
Die Erfindung gestattet darüberhinaus, - den Platzbedarf der Hybridschaltung auf dem Substrat weiter zu vermindern, ohne den magnetischen Widerstand des Magnetkernes verringern und ohne das Gewicht des Magnetkernes erhöhen zu müssen.
Die Erfindung macht dabei von dem allgemeinen Grundprinzip der älteren Hybridschaltung Gebrauch, wonach die Windungen jeweils aus zwei Teilen, nämlich aus einem Fragment und einem Abschnitt, gebildet sind, wobei die so gebildeten Windungen einen Schenkel des Ringkernes mit Innenloch umschließen. Die Erfindung geht also,vgl.
den Oberbegriff des Patentanspruchs 1, aus von einer Hybridschaltung mit - Substrat, . am Substrat angebrachten Leiterbahnen, die -- zumindest weitgehend jeweils zwischen zwei mit den betreffenden Leiterbahnen leitend verbundenen Kontaktflecken, also zwischen åeweils einem ersten und einem zweiten Kontaktfleck, liegen, und -- jeweils Fragmente von Windungen einer Magnetspule darstellen, und - so auf diese Fragmente gelegtem Magnetkern mit Innenloch, daß -- seine das Innenloch im Betrieb umschließenden magnetischen Feldlinien jedenfalls weitgehend parallel zur Substratoberfläche verlaufen und -- auf der einen Seite eines ersten Schenkels des Magnetkernes die ersten Kontaktflecken und auf der gegeriüberliegenden Seite dieses Schenkels die zweiten Kontaktflecken liegen, wobei - der Rest der Windungen jeweils durch über den ersten Schenkel fUbrende Abschnitte von Leiterbahnen gebildet wird, die als Metallschicht auf einem Träger angebracht sind, und - diese Abschnitte der Leiterbahnen leitend an ihrem einen Ende mit einem jeweils zugeordneten ersten Kontaktfleck und an ihrem anderen Ende mit einem jeweils zugeordneten zweiten Kontaktfleck verbunden sind.
Die durch die Erfindung erstrebten Vorteile werden dadurch erreicht, vgl. das Kennzeichen des Patentanspruchs 1, daß - der den magnetischen Rückfluß aufnehmende weitere Schenkel des Magnetkernes über dem ersten Schenkel und über den Abschnitten angebracht und - die Enden des ersten Schenkels mit den zugehörenden Enden des weiteren Schenkels magnetisch leitend verbunden, z.B. nahezu spaltlos verklebt, sind.
Bei der Erfindung ist also das Innenloch parallel zur Substratoberfläche orientiert, statt senkrecht dazu, was den Platzbedarf vermindert.
Die in den Unteransprüchen genannten zusätzlichen Maßnahmen gestatten zusätzliche Vorteile; nämlich die Maßnahme gemäß Patentanspruch 2, - bei Bedarf sogar in einem einzigen Arbeitsprozeß -beide Wicklungen eines Hybrid-Transformators gemeinsam auf dem ersten, unteren Schenkel des Magnetkernes anzubringen, und 3, den magnetischen Widerstand des magnetischen Rückflusses durch den weiteren Schenkel besonders klein, und damit den magnetischen Widerstand des gesamten Magnetkernes besonders klein zu machen, sowie mittels des oberen weiteren Schenkels alle darunterliegenden Hybridschaltungsteile, insbesondere die kratzempfindlichen Abschnitte und Kontaktflecken, wie ein Schild zu schützen.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden durch die in den Figuren schematisch gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung weiter erläutert, wobei die Figur 1 einen Schnitt quer durch beide Schenkel, 2 einen Schnitt längs der beiden Schenkel und 3 eine verkleinerte Draufsicht auf die in Figur 1 und 2 gezeigte Hybridschaltung zeigen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen das Substrat Su; auf dem die Fragmente F angebracht sind, und zwar jeweils zwischen zjd mit den betreffenden Fragmenten F leitend verbundenen Kontaktflecken KF1 und KF2, vgl. Fig. 1. Diese Fragmente F stellen hier die unteren Hälften der Windungen von zwei Magnetspulen PS, SS dar, also von der Primärwicklung PS und der Sekundärwicklung SS eines Hybridtransformators, vgl. Fig. 2. Auf diese Fragmente F ist der erste Schenkel MKS1 und der weitere Schenkel MKS2 des Magnetkerns mit Innenloch Is2/A/Is3 so gelegt, z.B. geklebt, daB\das Innenloch im Betrieb umschließenden magnetischen Feldlinien jedenfalls weitgehend parallel zur Oberfläche des Substrats Su verlaufen, vgl. Fig. 2. Dabei liegen auf der einen Seite des ersten Schenkels MKS1 des Magnetkernes die ersten Kontaktflecken KF1 und auf der gegenüberliegenden Seite dieses Schenkels MKS1 die zweiten Kontaktflecken KF2, vgl. Fig. 1.
Der Rest der Windungen wird jeweils durch über den ersten Schenkel MKS1 angebrachte Abschnitte A von Leiterbahnen gebildet, die als Metallschicht auf einem Träger,hier Is2, angebracht sind. Eine solche Anbringung von Leiterbahnenabschnitten A auf einem Träger ist nicht nur im Hauptpatent/Hauptanmeldung angegeben, sondern auch für sich in den nicht vorveröffentlichten - DE-OS 30 35 861, - DE-OS 30 36 704, - DE-OS 30 39 113 und - DE-OS 30 39 163 angegeben, wobei diese Abschnitte A leitend an ihrem einen Ende mit einem jeweils zugeordneten ersten Kon--taktfleck KFl und an ihrem anderen Ende mit einem jeweils zugeordneten zweiten Kontaktfleck KF2 verbunden sind, vgl. Fig 1. Dadurch entstehen die in Fig. 3 in der Draufsicht, etwa um die Hälfte verkleinert, dargestellte Primärwicklung PS und Sekundärwicklung SS.
Der den magnetischen Rückfluß auSnehmende weitere Schenkel MKS2 des Magnetkernes hat im gezeigten Ausführungsbeispiel die Form eines Hutes mit Krempe. Dieser weitere Schenkel MKS2 ist so über dem ersten Schenkel MKS1 und über den Abschnitten AE angebracht, daß die Enden des ersten Schenkels MKS1 mit den zugehörenden Enden des weiteren Schenkels MKS2, nämlich an den Stellen MVI, MV2 seiner Krempe, magnetisch leitend verbunden, z.B.
nahezu spaltlos verklebt1 sind. Der Magnetkern hat in magnetischer Hinsicht also die Struktur eines Ringkernes, dessen Innenloch Is2/A/Is3 parallel zur Substrat oberfläche orientiert ist, statt senkrecht dazu. Die Schichten IsI, Is2, 1s3 stellen jeweils z.B. Isolier- folien, Isolierplatten oder bei Bedarf auch Isolierlackschichten dar, die Kurzschlüsse zwischen den Wicklungen PS, SS und dem Magnetkern MKSI, MKS2 Verhxndern.
Weil bei der Erfindung der weitere Schenkel MKS2 über dem ersten Schenkel MKS1 statt neben dem ersten Schenkel MKS1 auf dem Substrat Su angebracht ist, benötigt die Erfindung besonders wenig Substratoberfläche,wobei überdies der weitere Schenkel MKS2 als schützendes Schild, z.B. gegen kratzende Beschädigungen, für'die empfindlihohen Abschnitte A, und sogar auch für die Kontaktflecken EF1, KF2 dienen kann.
Die Erfindung kann auch mit einer einzigen Wicklung, z.B. nur mit PS, ausgestattet werden und dann als Spule bzw. Drossel dienen. Sie kann aber, wie in den Figuren gezeigt, auch mehrere Wicklungen, z.B. zwei Wicklungen, enthalten und dann als Transformator dienen. Besonders einfach ist die Herstellung eines solchen Transformators, wenn er trotz seiner Ringkernstruktur, vgl. Fig. 2, eine Sekundärwicklung SS enthält, die ebenso wie die Primärwicklung PS den ersten Schenkel MKS1 umschließt und die ebenfalls jeweils in zwei Teile F,A geteilte Windungen enthält. In diesem Falle sind sogar beide Wicklungen PS, SS gemeinsam in denselben Verfahrensschritten herstellbar, statt sie nacheinander herstellen zu müssen.
Besonders die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die beiden Stellen MVI, MV2 der magnetisch leitenden Verbindungen zwischen beiden Schenkeln MKSI, MKS2 einen ähnlich großen bzw. einen kleineren Abstand a haben, als, senkrecht dazu, die Breite b des weiteren Schenkels MKS2 beträgt. Bei einer solchen Dimensionierung des weiteren Schenkels MKS2 ist der magnetische Widerstand für den Rückfluß des Magnetfeldes besonders klein, also auch der magnetische Widerstand des gesamten Magne#tkernes MKS1, MKS2 besonders klein, also die Induktivität der nur eine einzige Wicklung, z.B. PS, enthaltenden Hybriddrossel-bzw. die magnetische Kopplung der verschiedenen Wicklungen PS, SS des Hybridtransformators--besonders groß; auch die Schutzwirkung für die Leiterbahnenabsohnitte A und für die Kontaktflecken KF1, KF2 ist dann besonders groß. Wenn der Abstand a größer als die Breite b ist, sollte im allgemeinen die Dicke des zweiten Schenkels MKS2 besonders groß gewählt werden, um bei Bedarf trotz der geringen Breite b eine hohe Induktivität bzw. eine hohe magnetische Kopplung zu erreichen.
3 Patentansprüche 3 Figuren Leerseite

Claims

Patentanstrüche.

@ Hybridschaltung mit - Substrat, - am Substrat angebrachten Leiterbahnen, die -- zumindest weitgehend jeweils zwischen zwei mit den betreffenden Leiterbahnen leitend verbundenen Kontaktflecken, also zwischen jeweils einem ersten und einem zweiten Kontaktfleck, liegen, und -- jeweils Fragmente von Windungen einer Magnetspule darstellen, und - so auf diese Fragmente gelegtem Magnetkern mit Innenloch, daß -- seine das Innenloch im Betrieb umschließenden magnetischen Feldlinien jedenfalls weitgehend parallel zur Substratoberfläche verlaufen und -- auf der einen Seite eines ersten Schenkels des Magnetkernes die ersten Kontaktflecken und auf der gegenüberliegenden Seite dieses Schenkels die zweiten Kontaktflecken liegen, wobei - der Rest der Windungen-jeweils durch über den ersten Schenkel führende Abschnitte von Leiterbahnen gebildet wird, die als Metallschicht auf einem Träger angebracht sind, und - diese Abschnitte der Leiterbahnen leitend an ihrem einen Ende mit einem Jeweils zugeordneten ersten Kontaktfleck und an ihrem anderen Ende mit einem jeweils zugeordneten zweiten Kontaktfleck verbunden sind, insbesondere angewendet als Hybrid-Transformator oder als Hybrid-Drossel in einem Fernsprech-Vermittlungssysten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - der den magnetischen Rückfluß aufnehmende weitere Schenkel (MKS2) des Magnetkernes über dem ersten Schenkel (MKS1) und über den Abschnitten (A) angebracht und - die Enden des ersten Schenkels (MI(S#) mit den zugehören- den Enden des weiteren Schenkels (MKS2) magnetisch leitend verbunden, z.B. nahezu spaltlos verklebt, (MV1, MV2) sind.
2. Hybridschaltung nach Patentanspruch 1, aufgebaut als Transformator, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sekundärwicklung (SS), ebenso wie die Primärwicklung (PS), den ersten Schenkel (MKS1) umschließen und jeweils in zwei Teile geteilte Windungen enthalten.
3. Hybridschaltung nach Patentanspruch i oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - die beiden Stellen der magnetisch leitenden Verbindungen (MV1, MV2) zwischen beiden Schenkeln (MKS1, MKS2) einen ähnlich großen oder einen kleineren Abstand (a) haben, als, senkrecht dazu, die Breite (b) des weiteren Schenkels (MKS2) beträgt.