Kreises

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines magnetisch leitenden Kreises, insbesondere mittels eines automatisierbaren Prozesses zur Verklebung von

Ferritkernen .

Bei der Fertigung von elektronischen Baugruppen kommt häufig die sogenannte Surface Mounted Technolgy (SMT) zum Einsatz. Dabei werden vorzugsweise Bauelemente verwendet, die als sogenannte Surface Mounted Devices (SMD) bekannt und für eine Montage auf der Oberfläche einer Leiterplatte geeignet sind.

Die Fertigung einer elektronischen Baugruppe erfolgt bei Verwendung der Surface Mounted Technolgy vorzugsweise in einem automatisierten Prozess mittels eines Setzvorganges und eines sich daran anschließenden Lötvorgangs. Der

Setzvorgang erfolgt in der Regel mittels eines Setz- oder Bestückungsautomaten, wobei die Bauelemente beispielsweise auf Zuführeinheiten aufgegurtet zugeführt werden. Ein sich daran anschließender Lötvorgang erfolgt in der Regel mittels eines Reflow-Ofens .

Die Bestückungsautomaten sind üblicherweise in der Lage, verschiedene Bauelemente innerhalb eines einheitlichen Größenbereichs über entsprechende Setzvorrichtungen aus der Zuführung zu entnehmen und auf der Leiterplatte zu

positionieren.

Für die Positionierung außergewöhnlicher Bauelemente, sei es aufgrund ihrer Form, der Oberfläche, der Lage der

Anschlüsse oder Notwendigkeit, durch die Leiterplatte hindurch geführt zu werden, sind spezialisierte Bestückungsautomaten bekannt. Die Notwendigkeit der

Verwendung derartiger, zumeist zusätzlicher Automaten verteuert allerdings den Fertigungsprozess .

Zu den Bauteilen, welche aufgrund ihrer Größe, Form oder Lage der Anschlusskontakte hohe Anforderungen an eine

Automatisierung stellen, gehören unter anderem

Transformatoren und Übertrager. Um eine elektrische

Verbindung der Leiterbahnen einer Leiterplatte mit dem

Anschluss von Wicklungen von Transformatoren, Übertragern, Spulen, Drosseln etc. zu erzielen, ist es eine bekannte Lösung, die Wicklung selbst als Leiterbahn auf der

Leiterplatte auszuführen. Ein gegebenenfalls erforderlicher magnetisch leitender Kern, wie ein Ferritkern, ist dann in geeigneter Weise in räumliche Nähe der Leiterbahnen zu bringen .

Oft werden geschlossene oder nahezu geschlossene

magnetische Kreise benötigt, welches ein Umschließen von magnetisch leitendem Material um die Wicklungen bedingt. Hierzu können Aussparungen in die Leiterplatte gefräst sein, durch die hindurch die Kernteile geführt werden. Ein Beispiel für eine derartige Anordnung stellen unter anderem Planarübertrager dar.

Bei so gebildeten magnetischen Kreisen verbleibt zwischen den Kernteilen häufig ein kleiner Luftspalt bzw. ein Spalt, der mit anderem Material, wie Klebstoff, gefüllt sein kann. Stellvertretend für verschieden gefüllte Spalte zwischen den Kernteilen wird im Zusammenhang mit der Erfindung von einem Luft- bzw. Kernspalt gesprochen. Zur Bildung von magnetischen Kreisen in Planartechnik können die Kernteile an der Leiterplatte und/oder an anderen Kernteilen fixiert werden. Häufig werden die

Fixierungen durch Kleben und/oder Klammern realisiert. Für Produkte in hohen Stückzahlen ist ein automatisierter

Klebeprozess für solche Anwendungen von Interesse.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen automatisierbaren

Prozess zur Herstellung eines magnetisch leitenden Kreises, insbesondere zur Verklebung von Ferritkernen, anzugeben.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Gegenstands des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein Verfahren zur

Herstellung eines magnetischen leitenden Kreises aus wenigstens zwei magnetisch leitenden Kernteilen, die geeignet sind, zumindest anteilig eine Leiterplatte zu umschließen, mit folgenden Schritten:

Fixierung eines ersten Kernteiles auf der Leiterplatte mittels eines ersten Klebers in einem ersten Schritt und Fixierung eines zweiten Kernteils an dem ersten Kernteil mittels eines zweiten Klebers in einem zweiten Schritt, so dass die Kernteile einen magnetisch leitenden Kreis

ausbilden, der die Leiterplatte zumindest anteilig

umschließt . Das Verfahren ermöglicht vorteilhaft einen automatisierten Klebeprozess von magnetisch leitenden Kernteilen,

beispielsweise Ferritkernen, an Leiterplatten. Das

Verfahren baut auf der Idee auf, ein Bauteil, welches in der Surface Mounted Technology eher aufwendig und somit kostspielig zu handhaben ist, auf der Leiterplatte selbst nachzubilden bzw. dort aufzubauen oder zu erstellen.

Vorteilhaft sieht das Verfahren dabei vor, dass ein solcher Aufbau in zwei Schritten erfolgt: einem ersten Klebeschritt zur Fixierung eines ersten Kernteiles an der Leiterplatte, und einen zweiten Klebeschritt, zur Verbindung des ersten Kernteiles mit dem zweiten Kernteil. Grundsätzlich können der erste Kleber und der zweite Kleber gleich sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden jedoch zwei verschiedene Kleber

vorgesehen, die es erlauben, unterschiedlichen

Anforderungen an die beiden Klebeverbindungen gerecht zu werden.

Der erste Klebeschritt dient der mechanischen Verbindung des ersten Kernteiles mit der Leiterplatte. Hinsichtlich des Ausdehnungsvolumens des ersten Klebers bestehen

grundsätzlich keine speziellen Anforderungen in Richtung eines geringen Ausdehnungsvolumens. Ein erster Kleber mit hohem Ausdehnungsvolumen erhöht zwar die Bauhöhe der

Anordnung, in Relation zu der Bauhöhe des Kernteils ist eine Erhöhung um die Dicke einer von dem

Ausdehnungsvolumens des ersten Klebers abhängige

Klebeschicht zwischen Leiterplatte und Kern eher zu

vernachlässigen. Ein hohes Ausdehnungsvolumen des ersten Klebers kann im Gegenteil vorteilhaft sein, um die

mechanische Verbindung zwischen dem ersten Kernteil und der Leiterplatte zu verbessern, da er die Zwischenräume, die bei einem Umschließen des der Leiterplatte von den

Kernteilen entstehen, ausfüllen kann, so dass sich die Verbindungsfläche zwischen Kernteilen und Leiterplatte vorteilhaft vergrößert. Der zweite Klebeschritt dient der Verbindung des ersten Kernteils mit dem zweiten Kernteil. Dabei ist hinsichtlich dieser Verbindung weniger die mechanische Belastbarkeit der Verbindung als die räumliche Fixierung zur Schließung eines magnetisch leitenden Kreises relevant. Hinsichtlich des Ausdehnungsvolumens des zweiten Klebers ist es vorteilhaft, wenn dieser schnell aushärtet und ein geringes

Ausdehnungsvolumen aufweist. Ein schnelles Aushärten ermöglicht eine schnelle Fixierung der Kernteile

aneinander, so dass die Gefahr relativer Bewegungen der Kernteile gegeneinander, beispielsweise durch Verrutschen, die ein Vergrößern des Kernspalts oder eine Verringerung eines effektiven Querschnitts verursachen könnten,

reduziert wird.

Vorteilhaft sind ein oder beide Klebeschritte Schritte in einem Verfahren, welches in einem SMT-Prozess,

beispielsweise über einen Bestückungsautomaten oder einen Reflow-Ofen umgesetzt wird.

Ein Kernteil des magnetischen Kreises kann wie ein

elektronisches Bauelement von einem Bestückungs- oder

Setzautomat an seine Position auf der Leiterplatte gesetzt werden. Ferner kann ein Kleber wie Lötpaste auf eine

Klebefläche aufgetragen werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass, einen bestehenden SMT-Prozess vorausgesetzt, keine neue Infrastruktur benötigt wird, d.h. dass der

Ferritkern wie ein gewöhnliches SMD-Bauteil verwendet werden kann. Insbesondere kann das erfindungsgemäße

Verfahren in einen bestehenden SMT-Prozess integriert werden. Er ermöglicht bereits in einem SMT-Prozess

vorhandene Infrastruktur für das Kleben von Ferritkernen zu verwenden und somit die Zusatzkosten für den Klebeprozess von Magnetkernen zu minimieren. Durch diese Maßnahme werden kostspielige Sonderautomaten oder aufwendige Handarbeit vermieden. Desweiteren fördert der automatisierte

Klebeprozess eine gute Reproduzierbarkeit der

Klebeverbindung und erlaubt damit einen engen

Toleranzbereich hinsichtlich der elektromagnetischen

Eigenschaften eines mit dem magnetisch leitenden Kreis ausgebildeten Bauelements. Die Schritte der Fixierung eines ersten Kernteils und der

Fixierung eines zweiten Kernteils können quasi gleichzeitig bzw. innerhalb eines kurzen ZeitIntervalls erfolgen.

Vorteilhaft jedoch erfolgen die beiden Schritte

nacheinander, wobei zwischen den Schritten ein Umdrehen der Leiterplatte erfolgt. Ein solcher Zwischenschritt bietet den Vorteil, dass die Klebefläche des ersten Kernteils nach oben ausgerichtet ist, so dass der zweite Kleber in

Richtung der Gravitation aufgetragen werden kann und nicht abtropft. Desweiteren bietet er den Vorteil, dass auch der zweite Kernteil, möglicherweise in Kombination mit anderen Bauelementen, ebenfalls von oben bestückt werden kann.

Darüber hinaus unterstützt ein solcher Zwischenschritt die Möglichkeit, dass die erste Kernhälfte und die zweite

Kernhälfte identisch ausgeführt sind und von der gleichen Zuführeinheit entnommen werden. Der Bestückungsautomat setzt zunächst einen ersten Kernteil, der die erste, zunächst obere Hälfte des magnetisch leitenden Kreises ausbildet. Nach einem Umdrehen der Leiterplatte stellt dieser Kernteil die untere Hälfte des magnetisch leitenden Kreises dar. Daraufhin kann der Bestückungsautomat den zweiten Kernteil setzten. Dieser stellt zu diesem Zeitpunkt wiederum die obere Hälfte des magnetisch leitenden Kreises dar und kann deshalb vorteilhaft ebenfalls von der

Zuführeinheit des ersten Kernteils entnommen werden. Die Anzahl der verwendeten Komponenten kann auf diese Weise vorteilhaft reduziert werden.

Vorteilhaft erfolgt nach dem ersten und/oder dem zweiten Schritt ein weiterer Schritt zur Aushärtung, in dem der erste Kleber und/oder der zweite Kleber ausgehärtet werden. Ein solcher Schritt zur Aushärtung kann beispielsweise in einem Durchfahren eines Reflow-Ofens bestehen, in dem wiederum vorteilhaft ein Lötvorgang und ein Aushärtevorgang gleichzeitig erfolgen können. Ein schneller Aushärtevorgang ermöglicht eine schnelle Belastung der Klebeflächen, so dass ein Umdrehen der Leiterplatte nicht zu einem Lösen der Klebeverbindungen führt . Vorteilhaft wird für den ersten Klebeschritt zunächst ein erster Kleber mit einem oder mehreren Klebepunkte in dem Bereich auf die Leiterplatte aufgetragen, der unter dem ersten Kernteil zu liegen kommt. Die Anzahl der Klebepunkte bzw. die Menge des Klebers kann je nach benötigten

mechanischen Eigenschaften angepasst werden.

Vorteilhaft erfolgt ein Applizieren des ersten Kernteils oder beider Kernteile auf der Leiterplatte derart, dass eine Anpassung der mechanischen Verbindung zwischen den Kernteilen und der Leiterplatte dadurch erfolgt, dass die

Anzahl und/oder die Positionierung der Klebepunkte und/oder die Menge des ersten Klebers und/oder der Anpressdruck und/oder die Anpressdauer entsprechend angepasst sind.

Dabei ist die Einstellung dieser Parameter entsprechend der Eigenschaften des verwendeten ersten Klebers zu wählen.

Ebenso erfolgt eine Fixierung des zweiten Kernteils an dem ersten Kernteil mittels des zweiten Klebers vorteilhaft derart, dass die Anzahl und/oder die Positionierung der Klebepunkte und/oder die Menge des zweiten Klebers und/oder der Anpressdruck und/oder die Anpressdauer dahingehend angepasst ist, dass ein zwischen den Kernteilen

verbleibender Kernspalt verringert wird. Dabei ist die auch hier die Einstellung der Parameter des zweiten

Klebeschritts entsprechend der Eigenschaften des

verwendeten zweiten Klebers zu wählen.

Vorteilhaft kann als erster Kleber ein Standardkleber verwendet werden, an den keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der Ausdehnung oder der Aushärtezeit gestellt werden. Als zweiter Kleber kann vorteilhaft ein

schnellhärtender Kleber, beispielsweise ein

schnellhärtender Ein-Komponenten-Kleber verwendet werden, so dass der Zeitraum, in dem die Gefahr einer relativen

Bewegung zwischen den Kernhälften besteht, möglichst kurz gehalten wird.

Desweiteren kann die Aushärtung des ersten Klebers und/oder zweiten Klebers durch weitere Temperatur und/oder

Feuchtigkeitszyklen gesteuert werden.

Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren zur

Herstellung eines Planarübertragers geeignet, bei dem mittels der magnetisch leitenden Kernteile ein magnetisch leitender Kreis durch mindestens zwei auf einer

Leiterplatte liegende Wicklungen hindurch geführt werden kann . Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert .

Es zeigen eine Explosionszeichnung eines Ausführungs ^¬ beispiels eines Planarübertragers , der in einer beispielhaften Ausführung nach dem

erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte, die von zwei magnetisch leitenden Kernteilen nach einer beispielhaften Ausführung des Verfahrens umschlossen werden kann,

Fig. 3 die Ansicht der vorherigen Figur nach einer

beispielhaften Ausführung eines ersten

Klebeschritts ,

Fig. 4 die Ansicht der vorherigen Figur nach einer

beispielhaften Ausführung des Umdrehens als

Zwischenschritt ,

Fig. 5 die Ansicht der vorherigen Figur nach einer

beispielhaften Ausführung eines zweiten Klebeschritts und

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte, die von zwei magnetisch leitenden Kernteilen nach einer beispielhaften Ausführung des Verfahrens umschlossen wurde.

Fig. 1 zeigt eine Explosionszeichnung eines Ausführungs ^¬ beispiels eines Planarübertragers 6, der in einer

beispielhaften Ausführung nach dem erfindungsgemäßen

Verfahren hergestellt ist. Dargestellt ist eine

Leiterplatte 2, bestehend aus drei Leiterplattenebenen 2 ^' , 2 ^{' '} und 2 ^{' ' '} , in denen die Wicklungen des Planarübertragers ausgebildet sind. Die Leiterplatte 2 weist ferner zwei Öffnungen auf, durch die ein erster Kernteil 1

hindurchführbar ist. Dadurch kann der erste Kernteil 1 in Verbindung mit einem unterhalb der Leiterplatte

befindlichen zweiten Kernteils 1 ^' einen magnetisch

leitenden Kreis ausbilden, der die Leiterplatte 2 anteilig umschließt. Dabei wird der magnetisch leitende Kern aus den Kernteilen 1 und 1 ^' gleichzeitig durch die auf der

Leiterplatte 2 befindlichen Wicklungen 7 geführt.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein

Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte 2, die von zwei magnetisch leitenden Kernteilen 1, 1 ^' nach einer

beispielhaften Ausführung des Verfahrens umschlossen werden kann. Dazu wird beispielsweise unter der ersten Kernhälfte 1 mit dem Standard-Kleber eines SMT-Prozesses als erstem Kleber 3 ein oder mehrere Klebepunkte auf die Klebefläche 8 der Leiterplatte 2 appliziert. Die Anzahl der Klebepunkte und die Menge des Klebers 3 können je nach benötigten mechanischen Eigenschaften angepasst werden.

Fig. 3 zeigt die Ansicht der vorherigen Figur nach einer beispielhaften Ausführung eines ersten Klebeschritts, wobei die erste Kernhälfte 1 beispielsweise mit einem

Bestückungsautomat auf die Leiterplatte 2 geklebt wurde. Dies kann in einem Herstellungsprozess gemeinsam mit anderen SMD-Komponenten geschehen. Der Anpressdruck und die Anpressdauer können derart eingestellt werden, dass sich ein möglichst gutes Systemverhalten einstellt.

Fig. 4 zeigt die Ansicht der vorherigen Figur nach einer beispielhaften Ausführung des Umdrehens als

Zwischenschritt. Nachdem die zunächst einseitig bestückte Leiterplatte 2 zusammen mit der ersten Kernteil 1 durch einen Ofen (z.B. Reflow-Ofen) geführt wurde, ist der erste Kleber 3 soweit ausgehärtet, dass ein Umdrehen der

Leiterplatte 2 für eine optionale zweite SMD-Bestückung sowie das Aufbringen des zweiten Kernteils 1 ^' erfolgen kann .

Fig. 5 zeigt die Ansicht der vorherigen Figur nach einer beispielhaften Ausführung eines zweiten Klebeschritts. In dem zweiten Klebeschritt wird ein zweiter Kleber 4 auf die Schenkel der ersten an der Leiterplatte 2 fixierten

Kernhälfte 1 aufgebracht. Dies kann je nach Art des Klebers 4 unterschiedlich ausgeführt werden. So können

beispielsweise mit einem Dispenser ein oder mehrere

Klebepunkte angebracht werden.

Die zweite Kernhälfte 1 ^' wird auf die erste Kernhälfte 1 aufgebracht. Dieser Verfahrensschritt kann wiederum in einem SMT-Prozess mit einem Bestückungsautomaten realisiert werden. Alternativ dazu kann dies auch in einem separaten Produktionsschritt erfolgen. Die Prozessparameter wie die Positionierung der Klebepunkte und/oder die Menge des zweiten Klebers 4 und/oder der Anpressdruck und/oder die Anpressdauer können in Abhängigkeit von dem verwendeten Kleber 4 optimiert werden. Dabei kann der sich ergebene Kernspalt bzw. Luftspalt 5 präzise eingestellt und nach Bedarf verkleinert werden.

Der bereits verklebte Ferritkern kann optional zusammen mit anderen Elektronikkomponenten erneut durch einen Ofen geführt werden. Optional können Temperatur- und

Feuchtezyklen genutzt werden, um den Kleber zwischen den Ferritmaterialien zu verfestigen. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch ein

Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte 2, die von zwei magnetisch leitenden Kernteilen 1, 1 ^' nach einer

beispielhaften Ausführung des Verfahrens umschlossen wurde.

Bezugs zeichenliste

Kernteil

Kernteil

Leiterplatte 2

Leiterplattenebene

Erster Kleber 3

Zweiter Kleber 4

Kernspalt bzw. Luftspalt 5

Planarübertrager 6

Wicklung 7

Klebefläche erster Kleber

Klebefläche zweiter kleber

Gravitationsrichtung