本发明的最佳实施例利用了支撑一系列间隔开的导体的柔性电路 (flex circuit)形式的有槽铁芯和绕组。变压器的初级和次级绕组的第 一部分形成为一个柔性电路。初级和次级绕组的其余部分形成为第二 柔性电路。在两个柔性电路上形成连接焊盘。柔性电路之一位于铁芯 的开口或槽内，另一柔性电路靠近铁芯的外部，以便两个柔性电路的 连接焊盘并置。两个柔性电路的这些并置焊盘分别键合在一起以穿过 槽并围绕铁芯形成连续的绕组。
本发明的一个显著特征在于柔性电路的柔性便于多个不同变压器 和电感器结构的构成。这样，在一个最佳实施例中，柔性电路之一沿 着多个折线弯折以容纳有槽磁芯的物理结构。在另一实施例中，柔性 电路不用弯折穿过铁芯中的槽。
根据本发明最佳实施例构成的电感器和变压器提供改进的散热效 果、更小的尺寸、优异的性能和优异的制造重复性。此外，根据本发 明最佳实施例构成的电感器和变压器是可以表面贴装的，而不需要昂 贵的引线框架管芯或接线工具。
附图说明
图1是本发明的最佳实施例的部分设计形式的透视图；
图2(a)是示意性地表示本发明最佳实施例的散热优点的侧视图；
图2(b)是根据本发明构成的固定到散热片上的电感器或变压器 的侧视图；
图3(a)和3(b)是用于构成根据本发明的变压器的柔性电路的 上部[图3(a)]和下部[图3(b)]的放大正视图；
图4是透视地表示根据本发明的一个实施例构成的有槽磁芯变压 器的放大照片；
图5是图4中所示的有槽磁芯变压器的另一立体图的放大照片；
图6是表示图4中所示的变压器的底视图的放大照片；
图7是图4中所示的变压器的顶视图的放大照片；
图8是E-芯子电感器或变压器的立体图；
图9A是作为用于本发明的另一最佳实施例的柔性电路形成的初 级和次级绕组的底部的放大顶视图；
图9B是形成为柔性电路的初级和次级绕组的顶部的放大顶视图；
图10是被折叠成以容纳磁芯的图9A的底部的放大透视图；
图11是表示插入通过折叠图9A的顶部柔性电路形成的空腔中的 磁芯的放大透视图；
图12是表示图9B的顶部柔性电路应用于图11中所示的底部柔性 电路和磁芯的放大透视图；
图13是表示根据图9A、9B、10、11和12构成的单独的变压器 的放大透视图；
图14是表示定量地制造底部柔性电路的方式的柔性板的顶视图
图15是表示定量地制造顶部柔性电路的顶视图；
图16表示从图14中所示的板切割的底部柔性电路的条；
图17表示从图15中所示的板切割的顶部柔性电路的条；
图18A-18D是表示不同磁芯结构的透视图；
图19是表示其中采用两片磁芯和一个绝缘膜插件形成气隙的方式 的透视图；和
图20是表示其中根据本发明最佳实施例构成两片E-磁芯变压器的 方式的透视图。
图10-13、19和20中的交叉影线不是结构元件或表示横截面，只 是表示柔性板或磁芯的表面平面。

参见图1-7，一个最佳实施例包括一片有槽铁芯10，其具有从一边 20延伸到另一边21的细长开口或槽15。另一最佳实施例包括图8中 所示的E-磁芯，其具有普通的E-形基座16和顶盖17，基座16和顶盖 17之间由气隙。顶盖17还可以具有与“腿朝上的D形”磁芯16匹配 的“腿向下的E形”结构。另一种典型的磁芯结构示于图18中。
本发明的最佳实施例的显著特征在于很容易地由柔性电路形成绕 组。如图4、5和7所示，上部柔性电路25多股线纵向完全穿过槽15。
下部柔性电路30靠近磁芯10设置。上部柔性电路25上的连接焊 盘35、36固定于下部柔性电路30上的匹配焊盘37、38上。如下所述， 这些焊盘电连接到上部柔性电路的柔性电路导体40和下部柔性电路 30的柔性电路导体41的各个端部。连接这些焊盘就实现了通过并穿过 磁芯10的完全电绕组。为简单起见，图1示意性地示出了在磁芯10 的一侧具有输入引线45、46的四匝电感器。这样，引线40a-40d位于 上部柔性电路中，引线41a-41d位于下部柔性电路中。如下面的详细说 明，简单地构成了多绕组变压器。
图3a和3b表示用于具有初级绕组60和次级绕组61的变压器的 柔性电路25和30的连接，如图所示。每个柔性电路分别包括一系列 间隔开的离散电导体40和41。在最佳实施例中，当各个焊盘35、36、 37和38连接在一起构成例如图4-7所示的结构时，每个分离的导体40 和41一般为线性但是在一端偏离以提供围绕磁芯10的电绕组。每个 分离的导体引线40、41在焊盘35-38终止，，而焊盘35-38互连上述 上部和下部柔性电路。从图3(a)中所示的初级导体40aa开始，这个 导体终止于焊盘36a中。焊盘36a电连接到柔性电路30中的并置焊盘 37a。电连接焊盘36a和37a借助柔性电路30上的引线41aa通过磁芯 槽15有效地返回到变压器绕组。引线41aa终止于连接到上部柔性电 路25的焊盘35b的焊盘38a中。焊盘35b连接到与导体40aa直接相邻 的导体40bb的一端。
利用相同的方式，形成其余初级绕组。同样，将焊盘键合在一起 形成从上部柔性电路25中的焊盘35j和导体40开始的次级绕组。
本发明的最佳实施例的特征在于通过形成导体组和焊盘位置很容 易提供初级绕组和次级绕组。例如，参见图3(a)和3(b)，通过连 接到各个导体40nn和41nn的弯曲端的焊盘35n和38n，在柔性电路的 相反侧上形成连续初级绕组。利用相同的方式，不是通过焊盘35n和 38n的连接，可以连接导体40nn和41nn以分离端子，由此在变压器磁 芯上提供两个分开的绕组。
图9A、9B和10-17表示本发明的另一最佳实施例。在该实施例中， 柔性电路板之一沿着多个弯曲线折叠，以便容纳磁芯。
借助特殊例子，示出了具有六个初级匝和单个次级匝的简单双绕 组变压器的结构。然而，很明显根据本发明可以构成多匝初级和次级 绕组。
参见图9A，六个初级匝数包括形成在底部柔性电路70中的柔性 电路导体60a、61a、62a、63a、64a和65a以及形成在顶部柔性电路 75中的柔性电路导体60b、61b、62b、63b、64b和65b。这些导体连 续偏离，以便底部导体将经过焊盘连接到顶部导体，如下所述。单个 次级匝数由底部柔性电路70中的柔性电路导体66a和顶部柔性电路75 中的柔性电路导体66b提供。该次级绕组有利地位于初级电路导体之 间的中心处，以便提供变压器的初级绕组和次级绕组之间的对称性。
如上述图1-7中所示，多个焊盘1-14分别与这些导体60a-66a和 60b-66b相连。每个柔性电路有利地包括切削孔76，用于精确地对准顶 部和底部柔性电路，如下所述。底部柔性电路制造得比顶部柔性电路 更长，以便在底部柔性电路弯曲成如图10和下述形状之后，两个电路 的长度相等。图9A和9B中所示的电路和焊盘是简化结构以表示原理， 但是很多其它电路图可以根据具体变压器或电感器设计而设计。
此外，如图9B所示，柔性电路75有利地包括初级端子80、81， 端子80形成在导体65b的端部，端子81形成在具有最远连接到导体 60a的焊盘1的焊盘1的导体60bb的端部。柔性电路还有利地包括次 级端子85、86，端子85形成在导体66b的端部，端子86形成在具有 最远连接到底部柔性电路的导体66a的焊盘14的焊盘14的柔性导体 66bb的端部。
制造的下一阶段包括将底部柔性条70沿着图9A的弯曲线90-97 折叠。有利地，在板上采用批量生产技术制造多个底部和顶部柔性导 体。如下所述，制造底部和顶部柔性条的“链”或串，然后将它们分 开。在沿着弯曲线90-97折叠之后，一部分底部链120示于图10中。 在图10中所示的截面图的部分中，柔性电路120折叠成具有总的六个 空腔100、101-105的形状，且六个空腔中每两个空腔构成一组，共三 组。焊盘1-13朝向上。
如图11中所示，三个有槽磁芯110a、110b和110c放到三组空腔 中，并利用合适的粘接剂保持它们在原位。磁芯110可以是一片铁芯， 如图1中的10所示。或者，磁芯可以是如下所述的两片磁芯。
变压器结构的最后阶段示于图12和13中，图12表示具有顶部柔 性导体的“链”或串的柔性条121，它们都朝下放置在图11的组件上。 采用切削孔76以对准底部和顶部条，以便在底部和顶部柔性电路上记 录编号的焊盘1-13。这些相应的焊盘焊接在一起构成围绕三个磁芯的 连续导体匝。例如，采用焊料回流炉有利地提供这种焊接。
将各个焊盘1-13焊接在一起之后，使单个的变压器组件分离开， 形成如图13中所示的单独的变压器125。
图3-7和9A、9B、10、11和12中所示的柔性条结构有利地采用 常规批量生产技术制造。图14表示具有如图9A中所示的多种底部柔 性电路70的铜面。这些电路附着到由绝缘材料如聚酰亚胺或其它柔性 材料制成的柔性板150上。这种板可以利用用于构成柔性电路的普通 工艺来制造。这幅图表示分组为7行和7列的49个电路排列的典型排 列，并且每个电路具有大量铜路径。板和铜路径上的电路的数量将根 据单个变压器或电感器设计而改变，但是为了便于示出只示出了简化 的排列。
将电路图形刻蚀到板150上之后，利用合适的绝缘材料将保护盖 粘接到铜上，这是用于建立柔性电路的典型方法。这个盖子具有在选 择位置露出铜的通路孔，以便形成焊盘，因此底部柔性平面可以连接 到顶部柔性平面上，如下所述。这个盖子可以是焊料掩模或由聚酰亚 胺、聚酯或其它类似材料构成的绝缘盖。
图15展示了具有多个顶部柔性电路75的铜面，其中多个柔性电 路75粘接到由绝缘材料如聚酰亚胺或其它柔性材料构成的柔性平面 160上。这种板还可以利用用于构成柔性电路的普通工艺制造，如上所 述。这幅图展示了分组为7行和7列的49个电路排列的典型排列，其 中每个电路具有大量铜路径。板和铜路径上的电路数量根据单个变压 器或电感器设计而变化，但是为了便于示出只示出了简化的排列。将 合适的盖子有利地粘接到顶部柔性平面160上，顶部柔性平面160具 有露出铜焊盘的选择通路孔，以便后来连接到底部柔性平面电路上。
采用这里所述的方法可以制造其它多种选择结构。
在图9A、9B和10-17中，底部柔性电路70如图10中所示折叠， 并且柔性电路70中的柔性导体延伸到铁芯的槽中。本发明的其它结构 包括两个或多个折叠柔性电路。在一个这样的实施例中，磁芯位于由 两个折叠柔性电路形成的各个空腔中。在替换的实施例中，两个或多 个柔性电路的导体延伸到铁芯的槽中，以便提供不同的变压器或电感 器结构。
在制造中可采用多种改型的铁芯。图18A-18D表示四个典型的磁 芯。这样，图1和18A的一片有槽磁芯10可用在用于低电流应用的典 型磁芯中。如此构成的磁芯提供非常有效的变压器。由于在磁芯中没 有降低效率的空气隙而使损失减少。高电流电源电路如开关电源通常 在磁通路径中需要空气隙，以便消除磁芯的磁性饱和。本发明采用如 图18B中所示的两片有槽磁芯200非常经济地提供空气隙。通过沿着 空腔中的一个的侧壁放置薄的低成本膜205，如图19所示，有利地提 供两个磁芯部件之间所需要的空气隙间隔。这个膜可以作为制造底部 柔性平面的工艺的部件而添加。
因为其对称的磁通路径，所以通常选择如图8、18C和18D中所 示的E-磁芯。对于本发明来说，每个磁芯采用三个空腔代替两个空腔 很容易容纳这个形状，如图20所示。通过沿着底部柔性条70的长度 放置薄低成本膜205来保持两个磁芯部分116、117之间所需要的间隔， 如图20所示。可以作为底部柔性平面的叠置工艺的部分而包含这个膜。
本发明的最佳实施例的显著特征在于可以采用在制造柔性电路和 印刷电路板(PCB)中使用的批量生产技术经济地构成大量变压器结 构。这些构成方法可以采用自动处理而高度加工。底部和顶部柔性电 路可以作为两层或多层(双面或多面)的多层电路而构成，由此在近 似相同的空间中增加密度和允许更多的绕组和匝数。每个电路采用双 面电路可提高电路柔性。附加层将允许单个电路线连接到它们邻近的 电路线以外，由此可以制造有效的弯曲成对绕组或其它复杂设置。
此外，顶部柔性电路可具有比图9B中所示的简单条多的很多结 构。这样，可以如此构成，以便不仅连接到底部柔性电路以完成绕组， 而且可以连接到其它变压器、电感器或电路。顶部柔性电路本身可以 含有用于整个功能组件的电路如DC-DC变换器。而且对于顶部柔性电 路来说不是必须与底部柔性电路一样宽和一样长。这就可以延伸到底 部柔性电路边界以外，由此形成其它更复杂的连接。
本发明的其它显著特征在于从根本上简化和提高了从根据本发明 构成的电感器和变压器除去热量。
最佳实施例将热量产生电路放置在最后组件的外部。例如参见如 5-7和13，电感器和变压器绕组没有象传统那样缠绕到彼此的顶部，也 没有象平面变压器那样堆叠在一起。而是在柔性电路的平面上并排放 置。这提供了优异的散热效果，而且热量不会被吸收在绕组中。
电感器或变压器绕组的一半(例如底部柔性电路30的导体41和 顶部柔性电路75的导体60b-65b)位于磁芯的一面的外部。参见图2a 和3，通过将柔性电路30面向下放置并直接安装到热板50如FR4PCB 上或如图3所示的散热片上，有利地安装柔性电路30。同样，顶部柔 性电路75可以直接安装到散热片上。特别对于在电源中使用的电感器 和变压器，很容易实现散热效果。在现有技术中，不良导热铁芯围绕 电路，因此在变压器或电感器内部吸收热量。
本发明的最佳实施例的附加特征和优点包括：
(a)在现有技术中，已经发展了消除围绕E-磁芯的中心部位的手 工布线。标明为平面磁性器件的这些产品已经不再需要手工组装，但 是由于两个主要因素而限制了应用。然而，还限制了散热的能力，因 为这项技术需要不良的导热铁芯以围绕发热电路。由于平面器件需要 多层(通常为6-12层)以实现每个绕组的足够数量的匝数和足够数 量的绕组，因此结构成本很高。为了互连这些层也是很昂贵的，并且 铜镀覆工艺需要时间。(每0.001英寸的镀覆铜需要的镀覆时间通常为 1小时)。在典型的电源应用中，0.003-0.004英寸的铜镀覆厚度需要大 量的制造时间。然而，本发明的最佳实施例的方法和结构完全消除了 铜镀覆，并用在大量现代电路组件中使用的低成本和更快的回流焊接 操作代替了时间消耗工艺。层的数量可以减少到由所示焊盘连接的两 层。
(b)在现有技术中，初级和次级端子需要附加的“引线框架”或 外壳以适当地连接到外部电路。如图所示，本发明的最佳实施例通过 将用于制成绕组的铜电路延伸到柔性材料的边缘之外而不再需要分开 的连接端子。这样，最后组装就是在目前高密度组装中的很容易的表 面贴装。如果希望的话，初级和次级端子可以弯曲以容纳PCB的通孔。
(c)使用所示结构的变压器或电感器通常明显小于现有技术器 件。在不需要复杂引线或引线框架的情况下，根据本发明最佳实施例 构成的电感器和变压器很小。柔性电路绕组本身可以提供“引线框架”， 就是已经通过焊料直接焊接或回流到板50上的热杆，由此减少了器件 的轨迹并为其它元件提供更多的空间。每个柔性电路中的绕组可以处 于同一平面内。因此，现有技术10层平面器件的绕组的总重量在该最 佳实施例中减少到十分之一。穿过板表面上的气流的增加和封装高度 的减少是本发明的优点。由于磁芯在其一侧作为制造的部分而打开， 因此器件高度稍高于磁芯厚度，因此总高度减少了300％。
高度减少在现代小型组件中是非常重要的。借助特殊例子，采用 最长尺寸为0.25英寸数量级的磁芯10可以很容易地构成根据本发明的 构成的变压器和电感器。
(d)由于连接的有效方法，铜电路的长度显著缩短，因此减少了 不希望的电路电阻和电源电路中的相应的热损失。
(e)最佳实施例利用比传统变压器小的损失提供了更有效地磁通 路径。
(f)采用柔性电路技术可以简单地构成本发明的最佳实施例，并 且与多层平面绕组相比降低了制造成本。该最佳实施例还消除了引线 框架的需要，因此使该最佳实施例有效地制造变压器或电感器。
(g)根据本发明的最佳实施例构成的变压器和电感器具有很多用 途，特别是在微型电子电路中。借助特殊例子，根据本发明的构成的 变压器和电感器提供用于转换手提电脑的电源的制造便宜的变压器。