EP3581003A1 - Leiterplatte für einen elektromotor, verfahren zur herstellung einer leiterplatte für einen elektromotor und elektromotor - Google Patents

Leiterplatte für einen elektromotor, verfahren zur herstellung einer leiterplatte für einen elektromotor und elektromotor

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EP3581003A1
EP3581003A1 EP17829593.7A EP17829593A EP3581003A1 EP 3581003 A1 EP3581003 A1 EP 3581003A1 EP 17829593 A EP17829593 A EP 17829593A EP 3581003 A1 EP3581003 A1 EP 3581003A1
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EP
European Patent Office
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circuit board
printed circuit
coil
layer
dielectric layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17829593.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg KEGELER
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3581003A1 publication Critical patent/EP3581003A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
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    • H05K3/4626—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials
    • H05K3/4629—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials laminating inorganic sheets comprising printed circuits, e.g. green ceramic sheets

Definitions

  • Printed circuit board for an electric motor method for producing a printed circuit board for an electric motor and electric motor
  • the invention relates to a printed circuit board for an electric motor, with a coil which is formed from at least one spirally extending within a layer of the printed circuit board conductor track. Furthermore, the invention relates to an electric motor with such a printed circuit board and a method for producing such a printed circuit board.
  • Such printed circuit boards can be used in electric motors which have one or more coils integrated in a printed circuit board.
  • electric motors are also referred to as printed circuit board motors or printed circuit board (PCB) motors and can be designed as a rotary motor or as a linear motor.
  • PCB printed circuit board
  • a printed circuit board for an electric motor of the aforementioned type is known for example from DE 10 2008 062 575 A1.
  • This circuit board has a spirally extending conductor track, which is provided within a layer of the printed circuit board and thus forms an ironless, compact and weight-saving coil.
  • a cooling surface is arranged within the spiral-shaped conductor track, which is electrically isolated from the spirally extending conductor track.
  • Electric motors with such printed circuit boards have proven themselves in practice. However, it has turned out to be disadvantageous that the force which can be provided by such electric motors is limited. Based on such a prior art, it is an object of the invention to provide a printed circuit board for an electric motor, which is suitable for applications with high power requirements.
  • a printed circuit board for an electric motor comprising a coil which is formed from at least one spiral path running inside a layer of the printed circuit board, and a coil core made from a ferromagnetic or ferrimagnetic material which extends in one direction which is arranged perpendicular to the layer, wherein the coil core is arranged completely inside the printed circuit board and is electrically insulated from the surroundings of the printed circuit board.
  • the coil core of a ferromagnetic or ferrimagnetic material of the magnetic flux generated by the coil can be bundled and thereby the magnetic flux density can be increased.
  • increasing the magnetic flux density causes the magnetic force to increase.
  • the electric motor can provide a higher force or torque.
  • the arrangement of the bobbin completely within the circuit board allows a compact design of the electric motor. Since the coil core, whose material can be electrically conductive, is electrically insulated from the environment, the electrical insulation of the coil core relative to the coil can be smaller than would be the case with a coil core which is not electrically insulated from the environment. The conductor track of the coil can thereby be arranged close to the coil core, whereby the efficiency of the coil and thus also of the electric motor increases.
  • the bobbin may be formed of a ferromagnetic material having iron, cobalt or nickel.
  • the material of the spool core may be a ferromagnetic alloy or a ferrite.
  • the bobbin may have sheets and / or pressed powder material.
  • the coil core preferably has a soft magnetic compound (SMC) material.
  • the circuit board has a plurality of coils, which are formed from at least one spirally extending within a layer of the circuit board trace, and a plurality of cores of a ferromagnetic or ferrimagnetic material extending in a direction perpendicular to the position is arranged, wherein the coil cores are arranged completely within the circuit board and electrically insulated from the environment of the circuit board.
  • the coils formed in the printed circuit board can be excited independently of each other during operation of the electric motor.
  • the coil cores are arranged separately from each other within the circuit board, whereby magnetically separated teeth of an electric motor can be formed.
  • a structurally advantageous embodiment provides that the coil is designed such that in the interior of the coil, a magnetic field can be generated, which is aligned perpendicular to a plane of the circuit board.
  • the printed circuit board has a first dielectric layer, in particular a first dielectric cover layer, and / or a second dielectric layer dielectric layer, in particular a second dielectric cover layer, over which the coil core is insulated from the surroundings of the printed circuit board.
  • the first and / or the second dielectric layer can prevent unwanted touching of the coil core in the sense of basic insulation and offer protection against electric shock.
  • the coil core preferably extends in a direction that is perpendicular to the first dielectric layer and / or the second dielectric layer.
  • the first and / or second dielectric layer are thus preferably arranged parallel to the at least one layer in which the coil is formed.
  • the circuit board has an insulating region for insulating the coil core relative to the coil of a dielectric material which is arranged between the coil core and the conductor track of the coil, wherein the first dielectric layer and / or the second dielectric layer has a larger breakdown voltage and / or a greater insulation resistance than the insulating region.
  • the first dielectric layer and / or the second dielectric layer has a larger breakdown voltage and / or a greater insulation resistance than the insulating region.
  • the insulating region and the first dielectric layer and the second dielectric layer are formed of the same dielectric material and a first thickness of the insulating region is less than a second thickness of the first dielectric layer and less than a third Thickness of the second dielectric layer.
  • the insulating region may be formed of a different dielectric material than the first dielectric layer and the second dielectric layer, wherein the first thickness of the insulating region is greater than the second thickness of the first dielectric layer and greater than the third thickness of the second dielectric Layer.
  • the first dielectric layer and / or the second dielectric layer is formed from an FR4 material, preferably from a FR4 material with a thermal conductivity of at least 0.5 W / (mK), particularly preferably from an FR4 material with a thermal conductivity of at least 1 W / (mK).
  • FR4 material preferably from a FR4 material with a thermal conductivity of at least 0.5 W / (mK), particularly preferably from an FR4 material with a thermal conductivity of at least 1 W / (mK).
  • FR4 material with a thermal conductivity of at least 0.5 W / (mK), in particular of at least 1 W / (mK), has proven to be particularly suitable for assisting the dissipation of the heat and preventing undesired temperature-induced failure of the coil ,
  • the printed circuit board comprises a recess which penetrates the first dielectric layer and / or the second dielectric layer.
  • the conductor track of the coil can be electrically contacted without affecting the electrical insulation of the coil core relative to the environment.
  • an electrically conductive material can be introduced into the recess.
  • a connector in the recess.
  • the recess can be formed as a deep groove or a deep hole.
  • the printed circuit board preferably has at least one thermo-via of electrically conductive material which extends in a direction which is perpendicular to the electrically conductive layers and which is electrically insulated from the coil and / or the coil core.
  • the thermal via extends from the first dielectric layer through the interior of the printed circuit board to the second dielectric layer, so that the dissipation of heat from the interior of the printed circuit board is improved. The transfer of heat from the thermal via to the environment may then be through the first and / or second dielectric layers.
  • the circuit board on a first part of the circuit board and a second part of printed circuit board, which are interconnected, in particular glued, are.
  • an outer layer of the first partial printed circuit board can be connected to an outer layer of the second partial printed circuit board.
  • the first partial printed circuit board preferably has the first dielectric cover layer on an opposite side of the second partial printed circuit board, and the second partial printed circuit board has the second dielectric cover layer on an opposite side from the first partial printed circuit board.
  • an electric motor in particular a rotary motor or a linear motor, which has a printed circuit board as described above.
  • a method for producing a printed circuit board for an electric motor is further proposed, which comprises the following method steps:
  • the production of the printed circuit board preferably takes place in such a way that first of all a total printed circuit board, which is also referred to as a utility, is produced, which comprises a plurality of printed circuit boards.
  • the production of this total printed circuit board preferably comprises the abovementioned process steps for producing a printed circuit board.
  • the overall printed circuit board can then be singulated into individual printed circuit boards, for example by a separating device, in particular a milling device, a cutting device or a punching device.
  • the electrical insulation of the coil core relative to the environment of the circuit board comprises a cover layer which completely covers a surface of the circuit board, wherein a recess, in particular a deep milling or deep hole, is produced by the cover layer.
  • a contacting of the conductor track of the coil can then take place through the recess, for example, by introducing into the recess an electrically conductive material or a plug connector.
  • the electrical insulation of the coil core relative to the surroundings of the circuit board comprises a cover layer which completely covers a surface of the overall circuit board, wherein a recess, in particular a deep milling or deep hole, is produced by the cover layer.
  • the separation of the total printed circuit board to individual printed circuit boards can take place.
  • 1 shows a printed circuit board according to a first embodiment of the invention in a horizontal sectional view along a plane parallel to the plate plane of the circuit board cutting plane.
  • 2 shows a circuit board according to a second exemplary embodiment of the invention in a schematic, vertical sectional view along a cutting plane oriented perpendicular to the plane of the printed circuit board;
  • FIG. 3 shows a printed circuit board according to a third exemplary embodiment of the invention in a vertical sectional view along a cutting plane oriented perpendicular to the plate plane of the printed circuit board;
  • FIG. 4 shows a printed circuit board according to a fourth exemplary embodiment of the invention in a vertical sectional illustration along a sectional plane oriented perpendicular to the plate plane of the printed circuit board.
  • the cutting plane runs parallel to the plane of the board 1 through an inner layer of the printed circuit board 1.
  • the inner layer of the printed circuit board 1 has a plurality of interconnects 3, which are spirally formed, so that a plurality of coils 2 are formed within this layer.
  • a magnetic field can be generated, which is perpendicular to the plane of the board 1 - here the cutting plane - aligned.
  • the magnetic field has its maximum in the middle of the respective spiral formed by the conductor 3.
  • the conductor track 3 is formed from a metallic material, preferably from a copper-containing material, particularly preferably from copper.
  • the conductor 3 is surrounded by a dielectric material 5, which electrically isolates the individual sections of the spiral conductor 3 against each other.
  • the dielectric material 5 is preferably an FR4 material.
  • the printed circuit board 1 has further layers.
  • the printed circuit board 1 is a multi-layer printed circuit board, which is also referred to as a multi-layer board.
  • the circuit board 1 may have four, eight, ten, twelve, fourteen or more layers, wherein in each layer tracks are arranged.
  • the interconnects of the other layers preferably also have a spiral-shaped structure, so that coils are also formed in these layers.
  • the tracks of each adjacent layers are connected to each other via so-called vias, electrically conductive connections perpendicular to the plane of the plate.
  • vias 6 are provided, which connect the strip conductors 3 to the strip conductors of the adjacent layers, so that coils 2 are formed which extend in a direction perpendicular to the plate plane.
  • the printed circuit board 1 also has a plurality of thermal vias 7, which improve the dissipation of heat from the interior of the printed circuit board 1 and are described in more detail below in connection with FIG.
  • recesses 8 are provided in the form of through holes.
  • each spool core 4 extends in a direction which is perpendicular to the layers of the printed circuit board 1.
  • the spool core 4 is formed from sheets and / or layers of pressed powder material.
  • the material of the spool core 4 is iron, a ferromagnetic alloy or a ferrite.
  • the coil core 4 is provided in each case within the spiral-shaped conductor 3, which forms a coil 2. The coil core 4 bundles the magnetic flux generated by the coil 2 and strengthens the magnetic flux density.
  • the coil cores 4 are completely provided within the printed circuit board 1 and electrically insulated from the environment of the printed circuit board 1.
  • the insulation of the coil cores 4 takes place via a first dielectric layer, which is arranged parallel to the layers of the printed circuit board 1 is, for example, a dielectric cover layer, the circuit board 1.
  • the respective coil core 4 may be isolated on a first surface of the circuit board 1 from the environment.
  • the printed circuit board 1 has a second dielectric layer, which is likewise arranged parallel to the layers of the printed circuit board 1.
  • the coil cores 4 are arranged inside the printed circuit board 1 between the first and the second dielectric layer. As such, each spool core 4 is isolated from the environment by the first dielectric layer on a first surface of the circuit board 1 and by the second dielectric layer on a second surface opposite to the first surface.
  • the first and second dielectric layers are formed of FR4 material.
  • the thermal conductivity of the FR4 material is preferably at least 0.5 W / (mK), particularly preferably at least 1 W / (mK), so that the ohmic heat loss arising during operation of the coil is improved by the first and second dielectric layer. leads derived.
  • the first and second dielectric layers provide base isolation of the spool core 4 from the environment of the circuit board.
  • the arrangement of the coil cores 4 completely within the printed circuit board 1 not only allows a compact configuration of the electric motor, but also makes it possible to design the insulation provided in the interior of the printed circuit board between the respective coil core 4 and the associated coil 2 to be weaker and thus to improve the performance of the Spool 2 and the electric motor in which the circuit board 1 is used to increase.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a printed circuit board 1 according to the invention for an electric motor.
  • a plurality of separate coil cores 4 have a ferromagnetic or ferrimagnetic material.
  • a first dielectric On a first surface of the printed circuit board 1, which is referred to below as the top, is a first dielectric
  • a second dielectric layer 10 is arranged on a second surface of the printed circuit board 1 opposite the first surface, referred to below as the underside.
  • the coil core 4 is thus arranged inside the printed circuit board 1 between the first dielectric layer 9 and the second dielectric layer 10.
  • the first te dielectric layer 9 forms a cover layer on the upper side of the printed circuit board 1 and the second dielectric layer 10 forms a cover layer on the underside of the printed circuit board first
  • the illustration in FIG. 2 also shows a layer of the printed circuit board 1, which has a spiral-shaped conductor track 3.
  • a layer of the printed circuit board 1 which has a spiral-shaped conductor track 3.
  • further layers with spiral-shaped conductor track 3 can be present, which are electrically connected to the conductor track 3 of the illustrated position.
  • an insulating region 11 of the layer is provided for electrical insulation of the conductor 3 with respect to the spool core 4.
  • the insulating region 11 is formed of a dielectric material, for example of an FR4 material.
  • the material of the insulating region 1 1 and / or the dimensioning of the insulating region 1 1 is selected such that the first dielectric layer 9 and the second dielectric layer 10 have a greater breakdown voltage and / or a greater insulation resistance than the insulating region.
  • the base insulation of coil and coil core can be made possible with respect to the environment.
  • the insulation between the conductor 3 of the coil 2 and the coil core must only meet the lower requirements of a functional insulation.
  • the insulating region 11 and the first dielectric layer 9 and the second dielectric layer 10 are formed from the same dielectric material and a first thickness D1 of the insulating region 11 is less than a second thickness D2 of the first dielectric layer 9 and less than a third thickness D3 of the second dielectric layer 10.
  • the insulating region 11 is formed of a different dielectric material than the first dielectric layer 9 and the second dielectric layer 10, the first thickness D1 of the insulating region 1 1 is greater than the second thickness D2 of the first dielectric layer 9 and greater than the third thickness D3 of the second dielectric layer 10.
  • the first thickness D1 of the insulating region in the range of 200 ⁇ to 300 ⁇ lie and the second thickness D2 of the first dielectric layer 9 and the third thickness D3 of the second dielectric layer 10 may be in the range of 110 ⁇ to 190 ⁇ , preferably in the range of 140 ⁇ to 160 ⁇ , particularly preferably at 150 ⁇ lie.
  • FIG. 3 shows a detail of a printed circuit board 1 according to a third exemplary embodiment of the invention in a sectional view along a cutting plane oriented perpendicular to the plane of the printed circuit board 1.
  • the printed circuit board 1 has a plurality of layers, wherein in the layers a plurality of coils, not shown, are provided, which are formed from at least one spirally extending within a layer of the printed circuit board trace.
  • the circuit board has a plurality of coil cores made of a ferromagnetic or ferrimagnetic material, which extend in a direction which is perpendicular to the electrically conductive layers, wherein the coil cores arranged completely within the circuit board 1 and electrically insulated from the environment of the circuit board 1 are.
  • a first dielectric layer 9 and a second dielectric layer 10 are provided in the printed circuit board 1.
  • thermal vias 7 are also provided, one of which can be seen in FIG.
  • the thermal via 7 is made of electrically conductive material that extends in a direction that is perpendicular to the electrically conductive layers and that is electrically insulated from the coil and / or the coil core.
  • the production of the printed circuit board 1 shown in FIGS. 1, 2 and 3 can take place by a method in which initially a coil 2 is produced, which is formed from at least one conductor 3 extending spirally within a layer of the printed circuit board 1.
  • the coil 2 may extend over a plurality of layers of the printed circuit board 1, wherein the interconnects of adjacent layers are connected to each other via vias.
  • a receptacle for the spool core 4 is introduced into the printed circuit board.
  • the introduction of the recording can be done for example by milling.
  • the receptacle extends perpendicular to the position with the coil 2 and is arranged within the spiral course of the conductor 3 of the respective coil.
  • a spool core 4 is produced, which is dimensioned such that it can be fully absorbed in the receptacle.
  • This may for example be formed as a package of a plurality of sheets or as a molded body of a pressed powder material, in particular as a shaped body, which is formed of a plurality of layers of pressed powder material.
  • the bobbin 4 is finally introduced into the receptacle in the circuit board. Finally, an electrical insulation of the coil core relative to the environment of the circuit board is generated. When the insulation is produced, for example in the form of the first dielectric layer 9 and / or the second dielectric layer 10, the receptacle is preferably sealed from the environment. 4, a fourth embodiment of a guide plate 1 according to the invention is shown.
  • This printed circuit board 1 has a first partial printed circuit board 12 and a second partial printed circuit board 13 which are connected to one another, in particular adhesively bonded.
  • an outer layer 14 of the first partial printed circuit board 12 is connected to an outer layer 15 of the second partial printed circuit board 13, for example glued.
  • the first partial printed circuit board 12 On the side of the first partial printed circuit board 12, which faces the interconnected outer layers 14, 15 of the partial printed circuit boards 12, 13, the first partial printed circuit board 12 has a first dielectric covering layer 9.
  • the second partial printed circuit board 13 On the side of the second partial printed circuit board 13, which faces the interconnected outer layers 14, 15 of the partial printed circuit boards 12, 13, the second partial printed circuit board 13 has a second dielectric covering layer 10.
  • the circuit board 1 has spirally running within a layer of the circuit board 1 running tracks 3, which form a coil.
  • a coil core 4 made of a ferromagnetic or ferrimagnetic material is provided, which is arranged perpendicular to the layers or to the dielectric cover layers 9, 10.
  • the coil core 4 lies within the printed circuit board 1 formed by the first partial printed circuit board 12 and the second partial printed circuit board 13 and is insulated from the environment by the first and second dielectric covering layers 9, 10.
  • the above-described printed circuit boards 1 for an electric motor each have a coil 2 formed of at least one conductor 3 extending spirally within a layer of the circuit board 1, and a coil core 4 made of a ferromagnetic or ferrimagnetic material extending in a direction is arranged perpendicular to the layer, wherein the coil core 4 is disposed completely within the circuit board 1 and electrically insulated from the environment of the circuit board 1.
  • the printed circuit boards 1 described can be used in an electric motor, in particular a rotary motor or a linear motor. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte für einen Elektromotor, mit einer Spule (2), die aus mindestens einer spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte (1) verlaufenden Leiterbahn (3) gebildet ist,gekennzeichnetdurcheinen Spulenkern (4) aus einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Material, der sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu der Lage angeordnet ist, wobei der Spulenkern (4) vollständig innerhalb der Leiterplatte (1) angeordnet und gegenüber der Umgebung der Leiterplatte (1) elektrisch isoliert ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte (1) für einen Elektromotor, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Erzeugen einer Spule (2), die aus mindestens einer spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte (1) verlaufenden Leiterbahn (3) gebildet ist, - Erzeugen eines Spulenkerns (4) aus einem ferromagnetischen Material, der sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu der Lage angeordnet ist, - Anordnen des Spulenkerns (4) vollständig innerhalb der Leiterplatte (1), - Erzeugen einer elektrischen Isolation des Spulenkerns (4) gegenüber der Umgebung der Leiterplatte (1).

Description

Leiterplatte für einen Elektromotor, Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte für einen Elektromotor und Elektromotor
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte für einen Elektromotor, mit einer Spule, die aus mindes- tens einer spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte verlaufenden Leiterbahn gebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Elektromotor mit einer derartigen Leiterplatte und ein Verfahren zu Herstellung einer solchen Leiterplatte.
Derartige Leiterplatten können Einsatz in Elektromotoren finden, die eine oder mehrere in ei- ner Leiterplatte integrierte Spulen aufweisen. Solche Elektromotoren werden auch als Leiterplattenmotoren oder printed ciruit board (PCB) -Motoren bezeichnet und können als Rotationsmotor oder als Linearmotor ausgebildet sein.
Eine Leiterplatte für einen Elektromotor der zuvor genannten Art ist beispielsweise aus der DE 10 2008 062 575 A1 bekannt. Diese Leiterplatte weist eine spiralförmig verlaufende Leiterbahn auf, die innerhalb einer Lage der Leiterplatte vorgesehen ist und somit eine eisenlose, kompakte und gewichtssparende Spule bildet. Um die bei Betrieb entstehende Wärme abführen zu können, ist innerhalb der spiralförmig verlaufenden Leiterbahn eine Kühlfläche angeordnet, welche elektrisch von der spiralförmig verlaufenden Leiterbahn isoliert ist.
Elektromotoren mit derartigen Leiterplatten haben sich in der Praxis bewährt. Allerdings hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass die durch solche Elektromotoren bereitstellbare Kraft begrenzt ist. Ausgehend von einem solchen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Leiterplatte für einen Elektromotor anzugeben, der für Anwendungen mit hohen Kraftanforderungen geeignet ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Leiterplatte für einen Elektromotor vorgeschlagen, mit einer Spule, die aus mindestens einer spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte verlaufenden Leiterbahn gebildet ist, und mit einem Spulenkern aus einem ferromagnetischen oder fer- rimagnetischen Material, der sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu der Lage angeordnet ist, wobei der Spulenkern vollständig innerhalb der Leiterplatte angeordnet und gegenüber der Umgebung der Leiterplatte elektrisch isoliert ist. Durch den Spulenkern aus einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Material kann der durch die Spule erzeugte magnetische Fluss gebündelt und dadurch die magnetische Flussdichte erhöht werden. Bei Verwendung der Leiterplatte in einem Elektromotor hat die Erhöhung der magnetischen Flussdichte zur Folge, dass sich die magnetische Kraftwirkung er- höht. Der Elektromotor kann eine höhere Kraft bzw. ein größeren Drehmoment bereitstellen. Die Anordnung des Spulenkerns vollständig innerhalb der Leiterplatte ermöglicht eine kompakte Ausgestaltung des Elektromotors. Da der Spulenkern, dessen Material elektrisch leitfähig sein kann, gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert ist, kann die elektrische Isolation des Spulenkerns gegenüber der Spule geringer ausfallen, als dies bei einem Spulenkern der Fall wäre, welcher gegenüber der Umgebung nicht elektrisch isoliert ist. Die Leiterbahn der Spule kann dadurch nah an dem Spulenkern angeordnet werden, wodurch sich die Effizienz der Spule und damit auch des Elektromotors erhöht.
Der Spulenkern kann aus einem ferromagnetischen Material gebildet sein, welches Eisen, Cobalt oder Nickel aufweist. Das Material des Spulenkerns kann eine ferromagnetische Legierung oder ein Ferrit sein. Der Spulenkern kann Bleche und/oder gepresstes Pulvermaterial aufweisen. Bevorzugt weist der Spulenkern ein soft magnetic compund (SMC)-Material auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Leiterplatte mehrere Spulen auf, die aus mindestens einer spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte verlaufenden Leiterbahn gebildet sind, und mehrere Spulenkerne aus einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Material, die sich in einer Richtung erstrecken, die senkrecht zu der Lage angeordnet ist, wobei die Spulenkerne vollständig innerhalb der Leiterplatte angeordnet und gegenüber der Umgebung der Leiterplatte elektrisch isoliert sind. Die in der Leiterplatte ausge- bildeten Spulen können beim Betrieb des Elektromotors unabhängig voneinander angeregt werden. Die Spulenkerne sind separat voneinander innerhalb der Leiterplatte angeordnet, wodurch magnetisch voneinander getrennte Zähne eines Elektromotors gebildet werden können. Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Spule derart ausgebildet ist, dass im Inneren der Spule ein magnetisches Feld erzeugt werden kann, welches senkrecht zu einer Plattenebene der Leiterplatte ausgerichtet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte eine erste die- lektrische Schicht, insbesondere eine erste dielektrische Deckschicht, und/oder eine zweite dielektrische Schicht, insbesondere eine zweite dielektrische Deckschicht, aufweist, über welche der Spulenkern gegenüber der Umgebung der Leiterplatte isoliert ist. Die erste und/oder die zweite dielektrische Schicht können ein unerwünschtes Berühren des Spulenkerns im Sinne einer Basisisolierung verhindern und bieten Schutz gegen elektrischen Schlag. Der Spu- lenkern erstreckt sich bevorzugt in einer Richtung, die senkrecht zu der ersten dielektrischen Schicht und/oder der zweiten dielektrischen Schicht angeordnet ist. Die erste und/oder zweite dielektrische Schicht sind somit bevorzugt parallel zu der mindestens einen Lage angeordnet, in welcher die Spule ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders bevorzugt herausgestellt, wenn die Leiterplatte einen isolierenden Bereich zur Isolierung des Spulenkerns gegenüber der Spule aus einem dielektrischen Material aufweist, der zwischen dem Spulenkern und der Leiterbahn der Spule angeordnet ist, wobei die erste dielektrische Schicht und/oder die zweite dielektrische Schicht im Vergleich zu dem isolierenden Bereich eine größere Durchschlagspannung und/oder einen größeren Isolationswiderstand aufweist. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, über die erste dielektrische Schicht und die zweite dielektrisch Schicht eine Basisisolierung mit höherer Durchschlagspannung und/oder höherem Isolationswiderstand bereitzustellen und über den isolierenden Bereich zwischen Spulenkern und Spule eine Funktionsisolierung mit geringerer Durchschlagspannung und/oder geringerem Isolationswiderstand.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei welcher der isolierende Bereich und die erste dielektrische Schicht und die zweite dielektrische Schicht aus demselben dielektrischen Material gebildet sind und eine erste Dicke des isolierenden Bereichs geringer ist als eine zweite Dicke der ersten dielektrischen Schicht und geringer ist als eine dritte Dicke der zweiten die- lektrischen Schicht. Hierdurch wird es möglich, Spule und Spulenkern näher aneinander anzuordnen und dadurch die Effizienz der Spule bzw. des Elektromotors zu steigern. Alternativ kann der isolierende Bereich aus einem anderen dielektrischen Material gebildet sein als die erste dielektrische Schicht und die zweite dielektrische Schicht, wobei die erste Dicke des isolierenden Bereichs größer ist als die zweite Dicke der ersten dielektrischen Schicht und größer ist als die dritte Dicke der zweiten dielektrischen Schicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste dielektrische Schicht und/oder die zweite dielektrische Schicht aus einem FR4-Material ausgebildet, bevorzugt aus einem FR4- Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,5 W/(mK), besonders bevorzugt aus einem FR4-Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/(mK). Beim Betrieb der Spule kommt es aufgrund des ohmschen Widerstands der Leiterbahn zu einer Wärmeentwicklung. Die Wärme muss unter anderem über die erste und/oder zweite dielektrisch Schicht aus der Leiterplatte abgeführt werden. FR4-Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,5 W/(mK), insbesondere von mindestens 1 W/(mK), hat sich als besonders geeignet erwie- sen, die Ableitung der Wärme zu unterstützen und einem unerwünschten temperaturbedingten Ausfall der Spule vorzubeugen.
Als vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung herausgestellt, bei der die Leiterplatte eine Ausnehmung umfasst, welche die erste dielektrische Schicht und/oder die zweite dielektrische Schicht durchdringt. Durch die Ausnehmung kann die Leiterbahn der Spule elektrisch kontaktiert werden ohne dabei die elektrische Isolierung des Spulenkerns gegenüber der Umgebung zu beeinträchtigen. Zur Kontaktierung der Spule kann ein elektrisch leitfähiges Material in Ausnehmung eingebracht werden. Alternativ ist es möglich, einen Steckverbinder in der Ausnehmung anzuordnen. Die Ausnehmung kann als Tiefenfräsung oder Tiefenbohrung ausge- bildet sein.
Bevorzugt weist die Leiterplatte mindestens ein Thermo-Via aus elektrisch leitfähigem Material auf, das sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu den elektrisch leitenden Lagen angeordnet ist und das gegenüber der Spule und/oder dem Spulenkern elektrisch isoliert ist. Be- sonders bevorzugt erstreckt sich das Thermo-Via ausgehend von der ersten dielektrischen Schicht durch das Innere der Leiterplatte bis zu der zweiten dielektrischen Schicht, so dass die Ableitung der Wärme aus dem Inneren der Leiterplatte verbessert wird. Der Übergang der Wärme von dem Thermo-Via an die Umgebung kann dann durch die erste und/oder zweite dielektrische Schicht erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Leiterplatte eine erste Teil-Leiterplatte und eine zweite Teil-Leiterplatte auf, welche miteinander verbunden, insbesondere verklebt, sind. Hierzu kann eine Außenlage der ersten Teil-Leiterplatte mit einer Außenlage der zweiten Teil- Leiterplatte verbunden werden. Bevorzugt weist die erste Teil-Leiterplatte auf einer der zwei- ten Teil-Leiterplatte gegenüberliegenden Seite die erste dielektrische Deckschicht auf und die zweite Teil-Leiterplatte weist auf einer der ersten Teil-Leiterplatte gegenüberliegenden Seite die zweite dielektrische Deckschicht auf. Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Elektromotor, insbesondere Rotationsmotor oder Linearmotor, welcher eine vorstehend beschriebene Leiterplatte aufweist. Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte für einen Elektromotor vorgeschlagen, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- Erzeugen einer Spule, die aus mindestens einer spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte verlaufenden Leiterbahn gebildet ist,
- Erzeugen eines Spulenkerns aus einem ferromagnetischen Material, der sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu der Lage angeordnet ist,
- Anordnen des Spulenkerns vollständig innerhalb der Leiterplatte,
- Erzeugen einer elektrischen Isolation des Spulenkerns gegenüber der Umgebung der Leiterplatte. Bei dem Elektromotor und dem Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit der Leiterplatte beschrieben worden sind.
Die Herstellung der Leiterplatte erfolgt bevorzugt derart, dass zunächst eine auch als Nutzen bezeichnete Gesamtleiterplatte hergestellt wird, welche mehrere Leiterplatten umfasst. Die Herstellung dieser Gesamtleiterplatte umfasst bevorzugt die vorstehend genannten Verfahrensschritte zur Herstellung einer Leiterplatte. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt kann die Gesamtleiterplatte dann zu einzelnen Leiterplatten vereinzelt werden, beispielsweise durch eine Trennvorrichtung, insbesondere eine Fräsvorrichtung, eine Schneidvorrichtung o- der eine Stanzvorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die elektrische Isolation des Spulenkerns gegenüber der Umgebung der Leiterplatte eine Deckschicht, welche eine Oberfläche der Leiterplatte vollständig bedeckt, wobei eine Ausnehmung, insbesondere eine Tie- fenfräsung oder Tiefenbohrung, durch die Deckschicht erzeugt wird. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt kann dann eine Kontaktierung der Leiterbahn der Spule durch die Ausnehmung erfolgen, beispielsweise dadurch, dass in die Ausnehmung ein elektrisch leitfähiges Material oder ein Steckverbinder eingebracht wird. ln diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die elektrische Isolation des Spulenkerns gegenüber der Umgebung der Leiterplatte eine Deckschicht umfasst, welche eine Oberfläche der Gesamtleiterplatte vollständig bedeckt, wobei eine Ausnehmung, insbesondere eine Tiefenfräsung oder Tiefenbohrung, durch die Deckschicht erzeugt wird. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt kann dann die Vereinzelung der Gesamtleiterplatte zu einzelnen Leiterplatten erfolgen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Hierin zeigt:
Fig. 1 eine Leiterplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer horizontalen Schnittdarstellung entlang einer zur Plattenebene der Leiterplatte parallelen Schnittebene; Fig. 2 eine Leiterplatte gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen, vertikalen Schnittdarstellung entlang einer zur Plattenebene der Leiterplatte senkrecht orientierten Schnittebene; und
Fig. 3 eine Leiterplatte gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in ei- ner vertikalen Schnittdarstellung entlang einer zur Plattenebene der Leiterplatte senkrecht orientierten Schnittebene; und
Fig. 4 eine Leiterplatte gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer vertikalen Schnittdarstellung entlang einer zur Plattenebene der Leiterplatte senkrecht orientierten Schnittebene.
In der Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung durch eine Leiterplatte 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Schnittebene verläuft parallel zu der Plattenebene der Leiterplatte 1 durch eine innere Lage der Leiterplatte 1. Die innere Lage der Leiterplatte 1 weist mehrere Leiterbahnen 3 auf, welche spiralförmig verlaufend ausgebildet sind, so dass innerhalb dieser Lage mehrere Spulen 2 gebildet sind. Mittels jeder Spule 2 kann ein magnetisches Feld erzeugt werden, welches senkrecht zu der Plattenebene der Leiterplatte 1 - hier der Schnittebene - ausgerichtet ist. Das magnetische Feld hat sein Maximum in der Mitte der jeweiligen durch die Leiterbahn 3 gebildeten Spirale. Die Leiterbahn 3 ist aus einem metallischen Material ausgebildet, bevorzugt aus einem kup- ferhaltigen Material, besonders bevorzugt aus Kupfer. Die Leiterbahn 3 ist von einem dielektrischen Material 5 umgeben, welches die einzelnen Abschnitte der spiralförmigen Leiterbahn 3 elektrisch gegeneinander isoliert. Bei dem dielektrischen Material 5 handelt es sich bevorzugt um ein FR4-Material.
Zusätzlich zu der in der Fig. 1 gezeigten Lage der Leiterplatte 1 weist die Leiterplatte 1 weitere Lagen auf. Insofern handelt es sich bei der Leiterplatte 1 um eine Mehrlagenleiterplatte, die auch als Multi-Layer-Platine bezeichnet wird. Die Leiterplatte 1 kann vier, acht, zehn, zwölf, vierzehn oder mehr Lagen aufweisen, wobei in jeder Lage Leiterbahnen angeordnet sind. Die Leiterbahnen der anderen Lagen weisen bevorzugt ebenfalls eine spiralförmige Struktur auf, so dass auch in diesen Lagen Spulen gebildet sind. Die Leiterbahnen jeweils benachbarter Lagen sind über so genannte Vias, elektrisch leitende Verbindungen senkrecht zur Plattenebene, miteinander verbunden. Bei der in Fig. 1 gezeigten Lage sind beispielsweise Vias 6 vorgesehen, welche die Leiterbahnen 3 mit den Leiterbahnen der benachbarten Lagen verbinden, so dass Spulen 2 gebildet werden, die sich in einer Richtung senkrecht zur Plattenebene erstrecken.
Die Leiterplatte 1 weist zudem mehrere Thermo-Vias 7 auf, die die Ableitung von Wärme aus dem Inneren der Leiterplatte 1 verbessern und nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 näher beschrieben werden. Zur Montage der Leiterplatte 1 innerhalb eines Elektromotors sind ferner Ausnehmungen 8 in Form von Durchgangsbohrungen vorgesehen.
Innerhalb der Leiterplatte 1 sind zudem mehrere separate Spulenkerne 4 aus einem ferro- magnetischen oder ferrimagnetischen Material angeordnet. Jeder Spulenkern 4 erstreckt sich in einer Richtung, die senkrecht zu den Lagen der Leiterplatte 1 angeordnet ist. Der Spulenkern 4 ist aus Blechen und/oder Schichten aus gepressten Pulvermaterial gebildet. Bei dem Material des Spulenkerns 4 handelt es sich um Eisen, eine ferromagnetische Legierung oder ein Ferrit. Der Spulenkern 4 ist jeweils innerhalb der spiralförmigen Leiterbahn 3 vorgesehen, welche eine Spule 2 bildet. Durch den Spulenkern 4 wird der von der Spule 2 erzeugte magnetische Fluss gebündelt und die magnetische Flussdichte verstärkt.
Die Spulenkerne 4 sind vollständig innerhalb der Leiterplatte 1 vorgesehen und gegenüber der Umgebung der Leiterplatte 1 elektrisch isoliert. Die Isolierung der Spulenkerne 4 erfolgt über eine erste dielektrische Schicht, die parallel zu den Lagen der Leiterplatte 1 angeordnet ist, beispielsweise eine dielektrische Deckschicht, der Leiterplatte 1. Über die erste dielektrische Schicht kann der jeweilige Spulenkern 4 an einer ersten Oberfläche der Leiterplatte 1 gegenüber der Umgebung isoliert sein. Ferner weist die Leiterplatte 1 eine zweite dielektrische Schicht auf, die ebenfalls parallel zu den Lagen der Leiterplatte 1 angeordnet ist. Die Spulenkerne 4 sind innerhalb der Leiterplatte 1 zwischen der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht angeordnet. Insofern wird jeder Spulenkern 4 gegenüber der Umgebung durch die erste dielektrische Schicht an einer ersten Oberfläche der Leiterplatte 1 isoliert und durch die zweite dielektrische Schicht an einer zweiten Oberfläche, welche der ersten Oberfläche gegenüberliegt.
Die erste und die zweite dielektrische Schicht sind aus einem FR4-Material gebildet. Die Wärmeleitfähigkeit des FR4-Materials beträgt bevorzugt mindestens 0,5 W/(mK), besonders bevorzugt mindestens 1 W/(mK), so dass die beim Betrieb der Spule entstehende ohmsche Verlustwärme verbessert durch die erste und zweite dielektrischen Schicht nach außen ge- führt abgeleitet kann.
Die erste und die zweite dielektrische Schicht stellen eine Basisisolierung des Spulenkerns 4 gegenüber der Umgebung der Leiterplatte bereit. Die Anordnung der Spulenkerne 4 vollständig innerhalb der Leiterplatte 1 ermöglicht nicht nur eine kompakte Ausgestaltung des Elekt- romotors, sondern erlaubt es auch, die im Inneren der Leiterplatte vorgesehene Isolierung zwischen dem jeweiligen Spulenkern 4 und der zugehörigen Spule 2 schwächer auszulegen und damit die Leistungsfähigkeit der Spule 2 bzw. des Elektromotors, in welchem die Leiterplatte 1 verwendet wird, zu steigern. Diese Vorteile sollen nachfolgend anhand der Darstellung in Fig. 2 näher erläutert werden.
Die Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplatte 1 für einen Elektromotor. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 nur ein Spulenkern 4 gezeigt. Die Leiterplatte 1 des zweiten Ausführungsbeispiels kann, ebenso wie die Leiterplatte nach Fig. 1 , mehrere separate Spulenkerne 4 aus einem ferro- magnetischen oder ferrimagnetischen Material aufweisen. An einer ersten Oberfläche der Leiterplatte 1 , die nachfolgend als Oberseite bezeichnet wird, ist eine erste dielektrische
Schicht 9 vorgesehen. An einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche der Leiterplatte 1 , im Folgenden als Unterseite bezeichnet, ist eine zweite dielektrische Schicht 10 angeordnet. Der Spulenkern 4 ist somit innerhalb der Leiterplatte 1 zwischen der ersten dielektrischen Schicht 9 und der zweiten dielektrischen Schicht 10 angeordnet. Die ers- te dielektrische Schicht 9 bildet eine Deckschicht an der Oberseite der Leiterplatte 1 und die zweite dielektrische Schicht 10 bildet eine Deckschicht an der Unterseite der Leiterplatte 1.
Die Darstellung in Fig. 2 zeigt ferner eine Lage der Leiterplatte 1 , eine spiralförmige Leiter- bahn 3 aufweist. Neben der gezeigten Lage können weitere Lagen mit spiralförmigen Leiterbahn 3 vorhanden sein, welche mit der Leiterbahn 3 der dargestellten Lage elektrisch verbunden sind. Zur elektrischen Isolierung der Leiterbahn 3 gegenüber dem Spulenkern 4 ist ein isolierender Bereich 11 der Lage vorgesehen. Der isolierende Bereich 1 1 ist aus einem dielektrischen Material ausgebildet, beispielsweise aus einem FR4-Material. Das Material des isolierenden Bereichs 1 1 und/oder die Dimensionierung des isolierenden Bereichs 1 1 ist derart gewählt, dass die erste dielektrische Schicht 9 und die zweite dielektrische Schicht 10 im Vergleich zu dem isolierenden Bereich eine größere Durchschlagspannung und/oder einen größeren Isolationswiderstand aufweisen. Somit kann über die erste dielektrische Schicht 9 und die zweite dielektrische Schicht 10 die Basisisolierung von Spule und Spulenkern gegen- über der Umgebung ermöglicht werden. Die Isolierung zwischen der Leiterbahn 3 der Spule 2 und dem Spulenkern muss lediglich den geringeren Anforderungen einer Funktionsisolierung genügen. Optional kann vorgesehen sein, dass der isolierende Bereich 1 1 und die erste dielektrische Schicht 9 und die zweite dielektrische Schicht 10 aus demselben dielektrischen Material gebildet sind und eine erste Dicke D1 des isolierenden Bereichs 11 geringer ist als eine zweite Dicke D2 der ersten dielektrischen Schicht 9 und geringer ist als eine dritte Dicke D3 der zweiten dielektrischen Schicht 10. Alternativ ist es möglich, dass der isolierende Bereich 1 1 aus einem anderen dielektrischen Material gebildet ist als die erste dielektrische Schicht 9 und die zweite dielektrische Schicht 10, wobei die erste Dicke D1 des isolierenden Bereichs 1 1 größer ist als die zweite Dicke D2 der ersten dielektrischen Schicht 9 und größer ist als die dritte Dicke D3 der zweiten dielektrischen Schicht 10. Beispielsweise kann die erste Dicke D1 des isolierenden Bereichs im Bereich von 200 μηι bis 300 μηι, liegen und die zweite Dicke D2 der ersten dielektrischen Schicht 9 und die dritte Dicke D3 der zweiten dielektrischen Schicht 10 können im Bereich von 110 μηι bis 190 μηι, bevorzugt im Bereich von 140 μηι bis 160 μηι, besonders bevorzugt bei 150 μηι, liegen.
Die Fig. 3 zeigt ein Detail einer Leiterplatte 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung entlang einer zur Plattenebene der Leiterplatte 1 senkrecht orientierten Schnittebene. Die Leiterplatte 1 weist eine Vielzahl von Lagen auf, wobei in den Lagen mehrere nicht dargestellte Spulen vorgesehen sind, die aus mindestens einer spiral- förmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte verlaufenden Leiterbahn gebildet sind. Ferner weist die Leiterplatte mehrere Spulenkerne aus einem ferromagnetischen oder ferrimagneti- schen Material auf, die sich in einer Richtung erstrecken, die senkrecht zu den elektrisch leitenden Schichten angeordnet ist, wobei die Spulenkerne vollständig innerhalb der Leiterplatte 1 angeordnet und gegenüber der Umgebung der Leiterplatte 1 elektrisch isoliert sind. Zur Isolierung des Spulenkerns gegenüber der Umgebung sind bei der Leiterplatte 1 eine erste dielektrische Schicht 9 und eine zweite dielektrische Schicht 10 vorgesehen.
Um die Ableitung von Wärme aus dem Inneren der Leiterplatte 1 zu verbessern, sind ferner Thermo-Vias 7 vorgesehen, von denen eines in der Fig. 3 erkennbar ist. Das Thermo-Via 7 besteht aus elektrisch leitfähigem Material, das sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu den elektrisch leitenden Lagen angeordnet ist und das gegenüber der Spule und/oder dem Spulenkern elektrisch isoliert ist.
Die Herstellung der in Fig. 1 , 2 und 3 gezeigten Leiterplatte 1 kann mit einem Verfahren erfol- gen, bei welchem zunächst eine Spule 2 erzeugt wird, die aus mindestens einer spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte 1 verlaufenden Leiterbahn 3 gebildet ist. Optional kann sich die Spule 2 über mehrere Lagen der Leiterplatte 1 erstrecken, wobei die Leiterbahnen benachbarter Lagen über Vias miteinander verbunden sind. In einem weiteren Verfahrensschritt wird in die Leiterplatte eine Aufnahme für den Spulenkern 4 eingebracht. Das Einbrin- gen der Aufnahme kann beispielsweise durch Fräsen erfolgen. Die Aufnahme erstreckt sich senkrecht zu der Lage mit der Spule 2 und ist innerhalb des spiralförmigen Verlaufs der Leiterbahn 3 der jeweiligen Spule angeordnet.
Ferner wird ein Spulenkern 4 erzeugt, welcher derart bemessen ist, dass er vollumfänglich in der Aufnahme aufgenommen werden kann. Dieser kann beispielsweise als Paket aus mehreren Blechen gebildet sein oder als Formkörper aus einem gepressten Pulvermaterial, insbesondere als Formkörper, der aus mehrere Schichten aus gepresstem Pulvermaterial gebildet ist. Der Spulenkern 4 wird schließlich in die Aufnahme in der Leiterplatte eingebracht. Abschließend wird eine elektrische Isolation des Spulenkerns gegenüber der Umgebung der Leiterplatte erzeugt. Bevorzugt wird beim Erzeugen der Isolation, beispielsweise in Form der ersten dielektrischen Schicht 9 und/oder der zweiten dielektrischen Schicht 10, die Aufnahme gegenüber der Umgebung verschlossen. In der Fig. 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leitplatte 1 gezeigt. Diese Leiterplatte 1 weist eine erste Teil-Leiterplatte 12 und eine zweite Teil-Leiterplatte 13 auf, welche miteinander verbunden, insbesondere verklebt, sind. Zur Herstellung der Leiterplatte 1 wird eine Außenlage 14 der ersten Teil-Leiterplatte 12 mit einer Außenlage 15 der zweiten Teil-Leiterplatte 13 verbunden, beispielsweise verklebt. An der Seite der ersten Teil- Leiterplatte 12, die den miteinander verbundenen Außenlagen 14, 15 der Teil-Leiterplatten 12, 13 gegenüberliegt, weist die erste Teil-Leiterplatte 12 eine erste dielektrische Deckschicht 9 auf. An der Seite der zweiten Teil-Leiterplatte 13, die den miteinander verbundenen Außenlagen 14, 15 der Teil-Leiterplatten 12, 13 gegenüberliegt, weist die zweite Teil-Leiterplatte 13 eine zweite dielektrische Deckschicht 10 auf.
Die Leiterplatte 1 weist spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte 1 verlaufende Leiterbahnen 3 auf, die eine Spule bilden. Zudem ist ein Spulenkern 4 aus einem ferromagneti- schen oder ferrimagnetischen Material vorgesehen, welcher senkrecht zu den Lagen bzw. zu dem dielektrischen Deckschichten 9, 10 angeordnet ist. Der Spulenkern 4 liegt innerhalb der durch die erste Teil-Leiterplatte 12 und die zweite Teil-Leiterplatte 13 gebildeten Leiterplatte 1 und ist durch die erste und zweite dielektrische Deckschicht 9, 10 gegenüber der Umgebung isoliert. Die vorstehend beschriebenen Leiterplatten 1 für einen Elektromotor weisen jeweils eine Spule 2 auf die aus mindestens einer spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte 1 verlaufenden Leiterbahn 3 gebildet ist, und einen Spulenkern 4 aus einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Material, der sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu der Lage angeordnet ist, wobei der Spulenkern 4 vollständig innerhalb der Leiterplatte 1 angeordnet und gegenüber der Umgebung der Leiterplatte 1 elektrisch isoliert ist. Die beschriebenen Leiterplatten 1 können in einem Elektromotor, insbesondere einem Rotationsmotor oder einem Linearmotor eingesetzt werden. Bezugszeichenliste:
1 Leiterplatte
2 Spule
3 Leiterbahn
4 Spulenkern
5 dielektrisches Material
6 Via
7 Thermo- Via
8 Ausnehmung
9 erste dielektrische Schicht
10 zweite dielektrische Schicht
11 isolierender Bereich
12 Teil-Leiterplatte
13 Teil-Leiterplatte
14 Außenlage
15 Außenlage
D1 Dicke des isolierenden Bereichs D2 Dicke der ersten dielektrischen Schicht D3 Dicke der zweiten dielektrischen Schicht

Claims

Patentansprüche:
1. Leiterplatte für einen Elektromotor, mit einer Spule (2), die aus mindestens einer spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte (1) verlaufenden Leiterbahn (3) gebildet ist,
gekennzeichnet durch
einen Spulenkern (4) aus einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Material, der sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu der Lage angeordnet ist, wobei der Spulenkern (4) vollständig innerhalb der Leiterplatte (1) angeordnet und gegenüber der Umgebung der Leiterplatte (1) elektrisch isoliert ist.
2. Leiterplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Spulen (2) aufweist, die aus mindestens einer spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte (1) verlaufenden Leiterbahn (3) gebildet sind, und mehrere Spulenkerne (4) aus ei- nem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Material, die sich in einer Richtung erstrecken, die senkrecht zu der Lage angeordnet ist, wobei die Spulenkerne (4) vollständig innerhalb der Leiterplatte (1) angeordnet und gegenüber der Umgebung der Leiterplatte (1) elektrisch isoliert sind.
3. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) derart ausgebildet ist, dass im Inneren der Spule (2) ein magnetisches Feld erzeugt werden kann, welches senkrecht zu einer Plattenebene der Leiterplatte (1) ausgerichtet ist.
4. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) eine erste dielektrische Schicht (9), insbesondere eine erste dielektrische Deckschicht, und/oder eine zweite dielektrische Schicht (10), insbesondere eine zweite dielektrische Deckschicht, aufweist, über welche der Spulenkern (4) gegenüber der Umgebung der Leiterplatte (1) isoliert ist.
5. Leiterplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) einen isolierenden Bereich (11) zur Isolierung des Spulenkerns (4) gegenüber der Spule (2) aus einem dielektrischen Material aufweist, der zwischen dem Spulenkern (4) und der Leiterbahn (3) der Spule (2) angeordnet ist, wobei die erste dielektrische Schicht (9) und/oder die zweite dielektrische Schicht (10) im Vergleich zu dem isolierenden Be- reich (11) eine größere Durchschlagspannung und/oder einen größeren Isolationswiderstand aufweist.
6. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ers- te dielektrische Schicht (9) und/oder die zweite dielektrische Schicht (10) aus einem
FR4-Material ausgebildet ist, bevorzugt aus einem FR4- Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,5 W/(mK), besonders bevorzugt aus einem FR4-Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/(mK).
7. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Ausnehmung, insbesondere eine Tiefenfräsung oder Tiefenbohrung, welche die erste dielektrische Schicht (9) und/oder die zweite dielektrische Schicht (10) durchdringt.
8. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch min- destens ein Thermo- Via (7) aus elektrisch leitfähigem Material, das sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu den elektrisch leitenden Lagen angeordnet ist und das gegenüber der Spule (2) und/oder dem Spulenkern (4) elektrisch isoliert ist.
9. Elektromotor, insbesondere Rotationsmotor oder Linearmotor, gekennzeichnet durch eine Leiterplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte (1) für einen Elektromotor, mit folgenden Verfahrensschritten:
- Erzeugen einer Spule (2), die aus mindestens einer spiralförmig innerhalb einer Lage der Leiterplatte (1) verlaufenden Leiterbahn (3) gebildet ist,
- Erzeugen eines Spulenkerns (4) aus einem ferromagnetischen Material, der sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu der Lage angeordnet ist,
- Anordnen des Spulenkerns (4) vollständig innerhalb der Leiterplatte (1),
- Erzeugen einer elektrischen Isolation des Spulenkerns (4) gegenüber der Um- gebung der Leiterplatte (1).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolation des Spulenkerns (4) gegenüber der Umgebung der Leiterplatte (1) eine Deckschicht umfasst, welche eine Oberfläche der Leiterplatte (1) vollständig bedeckt, wobei eine Ausnehmung, insbesondere eine Tiefenfräsung oder Tiefenbohrung, durch die Deckschicht erzeugt wird.
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