EP1155423B1 - Flacher magnetkern - Google Patents
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- EP1155423B1 EP1155423B1 EP00910511A EP00910511A EP1155423B1 EP 1155423 B1 EP1155423 B1 EP 1155423B1 EP 00910511 A EP00910511 A EP 00910511A EP 00910511 A EP00910511 A EP 00910511A EP 1155423 B1 EP1155423 B1 EP 1155423B1
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Definitions
- the invention relates to a component of low overall height for printed circuit boards with a magnetic region formed by at least one layer of a soft magnetic material.
- Such a device is known from US-A-5,529,831.
- the known device is produced by applying insulating layers, conductor layers and a magnetic layer to the substrate. To apply these layers, a conventional sputtering method is used.
- a disadvantage of such a device is that it can be produced only by means of a complex thin-film process.
- due to the process only small layer thicknesses in the range of a few ⁇ m can be produced. Accordingly small are the cross sections of the magnetic regions produced by means of these methods.
- Another disadvantage is that in such a device, the windings must be made using a complex thin-film process.
- the present invention seeks to provide a readily manufacturable high inductance device for use on circuit boards.
- the magnetic region is formed by at least one soft magnetic film.
- the surface roughness of each film is at least equal to the skin penetration depth at the frequency of use.
- Magnetic foils can typically be produced with thicknesses in the range of 10 to 25 ⁇ m. Stacked up Thus, compared to magnetic regions produced in thin-film process substantially larger cross-sections of the magnetic field. Consequently, the inductance of a device provided with such a magnetic region is relatively high. Nevertheless, the device according to the invention has a low overall height and is therefore also suitable for SMD technology. That the surface roughness of each film is at least equal to the skin penetration depth at the use frequency is particularly favorable for high frequency applications.
- FIGS. 1A to 1C Various embodiments of a magnetic sheet 1 are shown in FIGS. 1A to 1C.
- the magnetic film 1 shown in FIG. 1A has a circular ring shape.
- the magnetic sheets 1 of FIGS. 1B and 1C have an annular shape with rectangular contours.
- the magnetic foils 1 are expediently made of an amorphous or nanocrystalline alloy.
- Amorphous iron-based alloys are known, for example, from US-A-4,144,058.
- Cobalt-based amorphous alloys are disclosed, for example, in EP-A-0 021 101.
- Nanocrystalline alloys are finally described in EP-A-0 271 657. From the materials mentioned thin films can be produced with a typical thickness of 10 to 25 microns, sometimes with smaller or larger thicknesses. From the thin films can then punch out the annular magnetic films 1.
- the stacked magnetic films 1 result, as shown in Figure 2, a toroidal core 3, wherein in Figure 2, the thickness of the magnetic films 1 increases in comparison to the diameter is shown, since the diameter of the magnetic films 1 is in the range of a few millimeters, while the thickness of the magnetic films 1 are in the range of 10 microns.
- the magnetic films 1 may be glued together.
- the adhesive layer can take on the task of an insulating layer.
- a slot 4 is introduced into the ring core 3 shown in FIG. 3, through which the hysteresis loop is sheared.
- the slot 4 has been introduced after the stacking of the magnetic films 1 and the bonding of the magnetic films 1 subsequently.
- the magnetic films 1 are first provided individually with the slot 4 and then stacked and glued together.
- the production of the embodiment shown in Figure 4 is more expensive, but for the ring core 3 of Figure 4 has a higher mechanical strength.
- FIG. 5 In order to protect the toroidal core 3 from mechanical damage, it is provided according to FIG. 5 to introduce the toroidal core 3 into a trough 5 made of plastic.
- the trough 5 can then be wrapped by an inner hole 5 'through with a winding, without the risk that the magnetic core 1 formed by the toroidal core 3 is damaged during winding.
- This polymer layer 6 is expediently a polymer layer deposited from the gaseous phase, for example a polyparaxylylene.
- This method has the advantage that the gaseous polymer material penetrates into very fine cracks and that in this way the magnetic films 1 are also mechanically connected to each other, without the magnetic films 1 are mechanically stressed. Because a mechanical stress can change due to the magnetostriction, the magnetic properties of the magnetic sheet 1 to the detriment.
- the surface roughness R A of the magnetic films 1 is approximately equal to the skin penetration depth ⁇ skin at the use frequencies.
- the definition of the roughness depth is explained below with reference to FIG.
- the X-axis is parallel to the surface of a body whose surface roughness R A is to be determined.
- the Y axis is parallel to the surface normal of the surface to be measured.
- the surface roughness R A then corresponds to the height of a rectangle 7 whose length is equal to a Rescuemeßorder l m and the area equal to the sum of enclosed between a roughness profile 8 and a central line 9 surfaces 10.
- the surface roughness R A of the magnetic films 1 has an effect on the length of the current paths relevant for the eddy currents. If the skin penetration depth ⁇ skin is less than half the film thickness at the application frequencies, then the currents flowing in the magnetic film 1 are mainly limited to an edge layer of the magnetic film 1 of the thickness of the skin penetration depth ⁇ skin . Now, if the surface roughness R A If the magnetic foil 1 lies in the area of the skin penetration depth ⁇ skin , the eddy currents must follow the surface modulated by the surface roughness R A , which leads to elongated current paths and thus to an apparently increased specific resistance. However, this also results in an increased eddy current limit frequency.
- FIGS. 8 and 9 These relationships are illustrated in FIGS. 8 and 9.
- the winding currents 11 flowing in an external winding cause eddy currents 12 in the magnetic film 1 in a surface area of the thickness of the skin penetration depth ⁇ skin .
- the surface roughness of the magnetic sheet 1 is greater than the skin penetration depth ⁇ skin , resulting in the eddy currents 12 elongated current paths, which leads to an increased eddy current cutoff frequency.
- the surface roughness can not be chosen arbitrarily large, since the magnetic films 1 in extreme cases then have holes, which greatly reduces the achievable permeabilities.
- the measured magnetic films 1 are magnetic films 1 of an alloy with the composition (CoFeNi) 78.5 (MnSiB) 21.5 .
- a dashed curve 13 represents the dependence of the permeability ⁇ on the frequency f at a total surface roughness of 2.1% relative to the thickness of the magnetic film 1.
- a solid curve 14 further illustrates the dependence of the permeability ⁇ on the frequency f at the thickness of the magnetic sheet 1 related total surface roughness of 4.7%. It can be seen clearly that the eddy current cutoff frequency is shifted towards higher values by the larger surface roughness. As low has been found when the relative to the thickness of the magnetic films 1, both-sided surface roughness of the top and bottom is> 3%.
- throttles used in telecommunications are to be used.
- the inductance L is A L x N 2 , where N is the number of turns.
- the typical operating frequencies of such a choke are in the range of 20 kHz to 100 kHz, occasionally higher.
- the smallest ferrite core currently available on the market is a MnZn ferrite toroid made by Taiyo Yuden with an outside diameter of 2.54 mm, an inside diameter of 1.27 mm and a height of 0.8 mm.
- the toroidal core 3 with an outer diameter of 2.54 mm, an inner diameter of 1.8 mm and a height of 0.4 mm.
- this toroidal core 3 has a twice as large inner hole, which allows either more turns or turns with increased conductor cross-section.
- the same A L value can also be achieved with the ring core 3 with an outer diameter of 4.0 mm, an inner diameter of 2.85 mm and a height of 0.4 mm.
- This ring core 3 has a larger by comparison with the ferrite core by a factor of 5 inner hole.
- the overall height of the toroidal core can be 3 be further reduced.
- the toroidal core 3 made of this alloy has a construction height which is smaller by a factor of 6.4.
- ring cores 3 are used as S 0 transformer in PCMCIA cards.
- S 0 transformers with a height of 2.2 mm are required, so that the permissible height of 3.3 mm for a PCMCIA card is not exceeded.
- a maximum height of 1 mm is required.
- a toroidal core 3 with an outer diameter of 8.6 mm an inner diameter of 3.1 mm and a height of 1 mm is required.
- the previously used for this purpose toroidal cores are mechanically very sensitive and can therefore be produced only with a high reject rate.
- One problem is, for example, the high winding offset, which does not meet the core height.
- the ring cores 3 can be produced in a simple manner with high dimensional accuracy.
- the amorphous or nanocrystalline alloys Through the use of the amorphous or nanocrystalline alloys, it is possible to achieve linear hysteresis loops with low losses and high permeability by means of suitable heat treatments in an external magnetic field. Moreover, due to the natural insulating surface layer of these alloys, it is contrary to crystalline alloy not necessary to isolate the magnetic films 1 by an additional insulating layer against each other. In addition, compared to crystalline alloys, the amorphous or nanocrystalline alloys have a higher resistivity, resulting in higher eddy current cutoff frequencies. Moreover, due to the manufacturing process, the amorphous and nanocrystalline alloys have a more or less strong natural surface roughness, which, however, can be further increased by grinding or etching. The thickness of the magnetic films 1 are between 5 and 40 microns. In extreme cases, the toroidal core 3 is formed by a single magnetic sheet 1. Thus, extremely low heights can be achieved with simultaneous, favorable high-frequency behavior.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Bauelement geringer Bauhöhe für Leiterplatten mit einem von wenigstens einer Schicht aus einem weichmagnetischen Material gebildeten Magnetbereich.
- Ein derartiges Bauelement ist aus der US-A-5,529,831 bekannt. Das bekannte Bauelement wird dadurch hergestellt, daß Isolierschichten, Leiterschichten und eine magnetische Schicht auf das Substrat aufgebracht werden. Um diese Schichten aufzubringen, wird ein herkömmliches Sputterverfahren verwendet.
- Ein Nachteil eines derartigen Bauelements ist, daß es sich nur mit Hilfe eines aufwendigen Dünnschichtverfahrens herstellen läßt. Außerdem lassen sich verfahrensbedingt nur geringe Schichtdicken im Bereich weniger µm herstellen. Dementsprechend klein sind die Querschnitte der mit Hilfe dieser Verfahren hergestellten Magnetbereiche. Ein weiterer Nachteil ist, daß bei einem derartigen Bauelement auch die Wicklungen mit Hilfe eines aufwendigen Dünnschichtverfahrens hergestellt werden müssen.
- Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein auf einfache Weise herstellbares Bauelement hoher Induktivität zur Verwendung auf Leiterplatten zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Magnetbereich von wenigstens einer weichmagnetischen Folie gebildet ist. Die Oberflächenrauhigkeit jeder Folie ist wenigstens gleich der Skineindringtiefe bei der Einsatzfrequenz.
- Magnetfolien lassen sich typischerweise mit Dicken im Bereich von 10 bis 25 µm herstellen. Aufeinandergestapelt ergeben sich somit im Vergleich zu in Dünnschichtverfahren hergestellten Magnetbereichen wesentlich größere Querschnitte des Magnetbereichs. Folglich ist die Induktivität eines mit einem derartigen Magnetbereich ausgestatteten Bauelements verhältnismäßig hoch. Dennoch weist das Bauelement gemäß der Erfindung eine geringe Bauhöhe auf und eignet sich insofern auch für die SMD-Technik. Daß die Oberflächenrauhigkeit jeder Folie wenigstens gleich der Skineindringtiefe bei der Einsatzfrequenz ist, ist besonders für Hochfrequenzanwendungen günstig.
- Weitere Ausführungsformen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- Figur 1A bis 1C
- verschiedene_Ausführungsformen von Magnetfolien, die für die Verwendung in einem Magnetbereich eines Bauelements in Frage kommen;
- Figur 2
- eine perspektivische Ansicht einer Reihe von aufeinander gestapelten Magnetfolien;
- Figur 3
- eine Reihe von aufeinander gestapelten Magnetfolien, die mit einem Spalt versehen sind;
- Figur 4
- eine Explosionsansicht eines aus Magnetfolien mit versetztem Spalt gebildeten Magnetbereichs;
- Figur 5
- eine Querschnittsansicht eines in einen Kunststofftrog eingebetteten Stapels von Magnetfolien;
- Figur 6
- eine Querschnittsansicht durch einen von einer Polymerschicht umgebenen Stapel von Magnetfolien;
- Figur 7
- eine Darstellung, die die Definition der Oberflächenrauhigkeit verdeutlicht;
- Figur 8
- eine schematische Darstellung des Verlaufs der Wirbelströme bei einem glatten Band;
- Figur 9
- eine schematische Darstellung des Verlaufs der Wirbels-tröme bei rauhem Band; und
- Figur 10
- ein Diagramm mit dem Frequenzgang von Bauelementen aus glatten und rauhen Magnetfolien.
- In Figur 1A bis 1C sind verschiedene Ausführungsformen einer Magnetfolie 1 dargestellt. Die in Figur 1A dargestellte Magnetfolie 1 weist eine kreisförmige Ringgestalt auf. Demgegenüber weisen die Magnetfolien 1 aus Figur 1B und 1C eine ringförmige Gestalt mit rechteckigen Konturen auf. Die Magnetfolien 1 sind zweckmäßigerweise aus einer amorphen oder nanokristallinen Legierung hergestellt. Amorphe Legierungen auf Eisenbasis sind beispielsweise aus der US-A-4,144,058 bekannt. Amorphe Legierungen auf Kobaltbasis gehen beispielsweise aus der EP-A-0 021 101 hervor. Nanokristalline Legierungen sind schließlich in der EP-A-0 271 657 beschrieben. Aus den genannten Materialien lassen sich dünne Folien mit einer typischen Dicke von 10 bis 25 µm, fallweise auch mit geringeren oder größeren Dicken herstellen. Aus den dünnen Folien lassen sich dann die ringförmigen Magnetfolien 1 ausstanzen.
- Die aufeinander gestapelten Magnetfolien 1 ergeben, wie in Figur 2 dargestellt, einen Ringkern 3, wobei in Figur 2 die Dicke der Magnetfolien 1 im Vergleich zum Durchmesser überhöht dargestellt ist, da der Durchmesser der Magnetfolien 1 im Bereich weniger Millimeter liegt, während die Dicke der Magnetfolien 1 im Bereich von 10 µm liegen.
- Um die Festigkeit des Ringkerns 3 zu erhöhen, können die Magnetfolien 1 untereinander verklebt sein. Für Hochfrequenzanwendungen ist es zur Dämpfung von Wirbelströmen außerdem zweckmäßig, die Magnetfolien 1 einseitig oder beidseitig durch das Aufbringen einer Isolierschicht elektrisch voneinander zu isolieren. Die Klebstoffschicht kann dabei die Aufgabe einer Isolierschicht übernehmen.
- Um die magnetischen Eigenschaften des Ringkerns 3 einzustellen, ist in den in Figur 3 dargestellten Ringkern 3 ein Schlitz 4 eingebracht, durch den die Hystereseschleife geschert ist. Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schlitz 4 nach dem Aufeinanderstapeln der Magnetfolien 1 und dem Verkleben der Magnetfolien 1 nachträglich eingebracht worden.
- Bei dem in Figur 4 dargestelltem Ausführungsbeispiel werden jedoch die Magnetfolien 1 zunächst einzeln mit dem Schlitz 4 versehen und anschließend aufeinandergestapelt und untereinander verklebt. Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel aus Figur 3 ist die Herstellung des in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiels aufwendiger, aber dafür weist der Ringkern 3 aus Figur 4 eine höhere mechanische Festigkeit auf.
- Um den Ringkern 3 vor mechanischen Beschädigungen zu schützen, ist gemäß Figur 5 vorgesehen, den Ringkern 3 in einen aus Kunststoff gefertigten Trog 5 einzubringen. Der Trog 5 kann dann durch ein Innenloch 5' hindurch mit einer Wicklung umwickelt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß der von den Magnetfolien 1 gebildete Ringkern 3 beim Wickeln beschädigt wird.
- Außerdem besteht die Möglichkeit, den Ringkern 3 mit einer Polymerschicht 6 zu umgeben. Bei dieser Polymerschicht 6 handelt es sich zweckmäßigerweise um eine aus der gasförmigen Phase abgeschiedene Polymerschicht, beispielsweise ein Polyparaxylylen. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, daß das gasförmige Polymermaterial auch in feinste Ritzen eindringt und daß auf diese Weise die Magnetfolien 1 auch untereinander mechanisch verbunden werden, ohne daß die Magnetfolien 1 mechanisch belastet werden. Denn eine mechanische Belastung kann aufgrund der Magnetostriktion die magnetischen Eigenschaften der Magnetfolie 1 zum Nachteil verändern.
- Für Hochfrequenzanwendungen ist es ferner günstig, wenn die Oberflächenrauhigkeit RA der Magnetfolien 1 in etwa gleich der Skineindringtiefe δskin bei den Einsatzfrequenzen ist.
- Die Definition der Rauhtiefe sei nachfolgend anhand Figur 7 erläutert. Dabei liegt die X-Achse parallel zur Oberfläche eines Körpers, dessen Oberflächenrauhigkeit RA zu bestimmen ist. Die Y-Achse ist dagegen parallel zur Flächennormale der zu vermessenden Oberfläche. Die Oberflächenrauhigkeit RA entspricht dann der Höhe eines Rechtecks 7, dessen Länge gleich einer Gesamtmeßstrecke lm und das flächengleich mit der Summe der zwischen einem Rauheitsprofil 8 und einer mittleren Linie 9 eingeschlossenen Flächen 10 ist. Die auf die Dicke der Magnetfolie 1 bezogene, beidseitige Oberflächenrauhigkeit RA rel ergibt sich dann gemäß der Formel
wobei d die Dicke der Magnetfolie 1 ist. - Die Oberflächenrauhigkeit RA der Magnetfolien 1 wirkt sich auf die Länge der für die Wirbelströme maßgeblichen Strompfade aus. Wenn die Skineindringtiefe δskin bei den Einsatzfrequenzen kleiner als die halbe Foliendicke ist, so sind die in der Magnetfolie 1 fließenden Ströme hauptsächlich auf eine Randschicht der Magnetfolie 1 von der Dicke der Skineindringtiefe δskin beschränkt. Wenn nun die Oberflächenrauhigkeit RA der Magnetfolie 1 im Bereich der Skineindringtiefe δskin liegt, müssen die Wirbelströme der durch die Oberflächenrauhigkeit RA modulierten Oberfläche folgen, was zu verlängerten Strompfaden und damit zu einem scheinbar erhöhten spezifischen Widerstand führt. Daraus ergibt sich aber auch eine erhöhte Wirbelstromgrenzfrequenz.
- Diese Verhältnisse sind in den Figuren 8 und 9 veranschaulicht. Die in einer äußeren Wicklung fließenden Wicklungsströme 11 rufen in der Magnetfolie 1 in einem Oberflächenbereich von der Dicke der Skineindringtiefe δskin Wirbelströme 12 hervor. Wenn nun die Oberflächenrauhigkeit der Magnetfolie 1 größer als die Skineindringtiefe δskin ist, ergeben sich für die Wirbelströme 12 verlängerte Strompfade, was zu einer erhöhten Wirbelstromgrenzfrequenz führt.
- Die Oberflächenrauhigkeit kann jedoch nicht beliebig groß gewählt werden, da die Magnetfolien 1 im Extremfall dann Löcher aufweisen, was die erreichbaren Permeabilitäten stark senkt.
- In Figur 10 ist anhand von Meßergebnissen der beschriebene Einfluß der Oberflächenrauhigkeit auf die Frequenzabhängigkeit der Permeabilität µ dargestellt. Bei den vermessenen Magnetfolien 1 handelt sich um Magnetfolien 1 aus einer Legierung mit der Zusammensetzung (CoFeNi)78,5 (MnSiB)21,5. Eine gestrichelte Kurve 13 stellt die Abhängigkeit der Permeabilität µ von der Frequenz f bei einer auf die Dicke der Magnetfolie 1 bezogenen gesamten Oberflächenrauhigkeit von 2,1 % dar. Eine durchgezogene Kurve 14 veranschaulicht ferner die Abhängigkeit der Permeabilität µ von der Frequenz f bei einer auf die Dicke der Magnetfolie 1 bezogenen gesamten Oberflächenrauhigkeit von 4,7 %. Man erkennt deutlich, daß die Wirbelstromgrenzfrequenz durch die größere Oberflächenrauhigkeit zu höheren Werten hin verschoben ist. Als günstig hat sich herausgestellt, wenn die auf die Dicke der Magnetfolien 1 bezogene, beidseitige Oberflächenrauhigkeit von Ober- und Unterseite > 3 % ist.
- Nachfolgend werden die Vorteile des aus den Magnetfolien 1 hergestellten Ringkerns 3 anhand eines Beispiels erläutert. Als Beispiel sollen in der Nachrichtentechnik verwendete Drosseln dienen. Für eine solche Drossel in möglichst flacher Bauform wird ein AL-Wert von 1 µH gefordert. Die Induktivität L ist dabei AL x N2, wobei N die Zahl der Windungen ist. Die typischen Einsatzfrequenzen einer derartigen Drossel liegen im Bereich von 20 kHz bis 100 kHz, fallweise auch höher. Der kleinste zur Zeit auf dem Markt erhältliche Ferritkern ist ein MnZn-Ferrit-Ringkern der Firma Taiyo Yuden mit einem Außendurchmesser von 2,54 mm, einem Innendurchmesser von 1,27 mm und einer Höhe von 0,8 mm. Das zur Herstellung des MnZn-Ferrit-Ringkerns verwendete Material AH 91 weist eine Anfangspermeabilität von µ = 10 000 auf.
- Bei Verwendung einer amorphen Kobaltbasislegierung mit der Zusammensetzung CO82,36Fe3,92Mn1,14Si9,72MO0,40B2,46, die eine Anfangspermeabilität µ = 50 000 aufweist, läßt sich ein AL-Wert von 1 µH mit einem wesentlich kleineren Ringkern 3 erzielen. In Frage kommt beispielsweise der Ringkern 3 mit einem Außendurchmesser von 2,54 mm, einem Innendurchmesser von 1,8 mm und einer Höhe von 0,4 mm. Im Vergleich zu dem Ferritkern weist dieser Ringkern 3 ein doppelt so großes Innenloch auf, was entweder mehr Windungen oder aber Windungen mit vergrößertem Leiterquerschnitt ermöglicht.
- Der gleiche AL-Wert läßt sich auch mit dem Ringkern 3 mit einem Außendurchmesser von 4,0 mm, einem Innendurchmesser von 2,85 mm und einer Bauhöhe von 0,4 mm erzielen. Dieser Ringkern 3 weist einen im Vergleich zum Ferritkern um den Faktor 5 größeres Innenloch auf.
- Umgekehrt genügt bei gleichem Außen- und Innendurchmesser, also einen Außendurchmesser von 2,54 mm und einem Innendurchmesser von 1,27 mm, eine Bauhöhe von 0,2 mm, um den gleichen AL-Wert zu erzielen.
- Falls Material mit noch höheren Anfangspermeabilitäten, beispielsweise eine Legierung der Zusammensetzung Co81,08Fe4,21Si9,43Mo2,93B2,35 verwendet wird, die eine Anfangspermeabilität von µ = 80 000 aufweist, kann die Bauhöhe des Ringkerns 3 weiter verringert werden. Ein Ringkern 3 aus der Legierung mit der Zusammensetzung Co81,08Fe4,21Si9,43Mo2,93B2,35, die eine Anfangspermeabilität µ = 80 000 aufweist, benötigt bei einem Außendurchmesser von 2,54 mm und einem Innendurchmesser von 1,27 mm lediglich eine Bauhöhe von 0,125 mm, um einen AL-Wert von 1 µH zu erreichen. Im Vergleich zu dem Ferritkern weist der aus dieser Legierung gefertigte Ringkern 3 eine um den Faktor 6,4 kleinere Bauhöhe auf.
- Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die Verwendung der Ringkerne 3 als S0-Übertrager in PCMCIA-Karten. Beim Kartentyp I werden S0-Übertrager mit einer Bauhöhe von 2,2 mm benötigt, damit die zulässige Bauhöhe von 3,3 mm für eine PCMCIA-Karte nicht überschritten wird. Unter Berücksichtigung der Wicklung und der Gehäusewände verbleibt für den Ringkern 3 eine maximale Bauhöhe von 1 mm. Zur Erzielung der erforderlichen Induktivität von etwa 5 mH bei 20 kHz ist beispielsweise ein Ringkern 3 mit einem Außendurchmesser von 8,6 mm, einem Innendurchmesser von 3,1 mm und einer Bauhöhe von 1 mm erforderlich. Die bisher zu diesem Zweck verwendeten Ringbandkerne sind mechanisch sehr empfindlich und lassen sich deshalb nur mit einer hohen Ausschußrate herstellen. Ein Problem ist beispielsweise der hohe Wickelversatz, durch den die Kernhöhe nicht eingehalten wird. Demgegenüber lassen sich die Ringkerne 3 auf einfache Weise mit hoher Maßhaltigkeit herstellen.
- Durch die Verwendung der amorphen oder nanokristallinen Legierungen lassen sich durch geeignete Wärmebehandlungen in einem äußeren Magnetfeld lineare Hystereseschleifen mit geringen Verlusten und hoher Permeabilität erreichen. Außerdem ist es aufgrund der natürlichen isolierenden Oberflächenschicht dieser Legierungen im Gegensatz zu kristallinen Legierung nicht nötig, die Magnetfolien 1 durch eine zusätzliche Isolierschicht gegeneinander zu isolieren. Im Vergleich zu kristallinen Legierungen weisen die amorphen oder nanokristallinen Legierungen darüber hinaus einen höheren spezifischen Widerstand auf, was zu höheren Wirbelstromgrenzfrequenzen führt. Herstellungsbedingt weisen darüber hinaus die amorphen und nanokristallinen Legierungen eine mehr oder weniger starke natürliche Oberflächenrauhigkeit auf, die jedoch durch Schleifen oder Ätzen weiter erhöht werden kann. Die Dicke der Magnetfolien 1 liegen zwischen 5 und 40 µm. Im Extremfall wird der Ringkern 3 von einer einzelnen Magnetfolie 1 gebildet. Somit lassen sich extrem geringe Bauhöhen bei gleichzeitigem, günstigem Hochfrequenzverhalten erzielen.
Claims (11)
- Bauelement geringer Bauhöhe für Leiterplatten mit einem von wenigstens einer Schicht aus einem weichmagnetischen Material gebildeten Magnetbereich,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Magnetbereich von wenigstens einer weichmagnetischen Magnetfolie (1) gebildet ist, und
die Oberflächenrauhigkeit jeder Magnetfolie (1) wenigstens gleich der Skineindringtiefe bei der Einsatzfrequenz ist. - Bauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Magnetfolien (1) aus einer nanokristallinen oder amorphen Legierung hergestellt sind. - Bauelement nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberflächenrauhigkeit jeder Magnetfolie (1) bezogen auf die Dicke > 3 % beträgt. - Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Magnetbereich von einer Vielzahl untereinander verklebter Magnetfolien (1) gebildet ist. - Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Magnetfolien (1) durch isolierende Zwischenschichten gegeneinander isoliert sind. - Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Magnetfolien (1) ringförmig ausgebildet sind. - Bauelement nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die ringförmig ausgebildeten Magnetfolien (1) Schlitze (4) aufweisen. - Bauelement nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schlitze (4) übereinander angeordnet sind. - Bauelement nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schlitze (4) winkelmäßig versetzt angeordnet sind. - Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die gestapelten Magnetfolien (1) in einem Kunststofftrog (5) eingebettet sind. - Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die aufeinander gestapelten Magnetfolien (1) von einer Polymerschicht (6) umschlossen sind.
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