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EP3469607A1 - Induktives bauteil - Google Patents

Induktives bauteil

Info

Publication number
EP3469607A1
EP3469607A1 EP17730059.7A EP17730059A EP3469607A1 EP 3469607 A1 EP3469607 A1 EP 3469607A1 EP 17730059 A EP17730059 A EP 17730059A EP 3469607 A1 EP3469607 A1 EP 3469607A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
component
heat sink
shaped body
inductive component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17730059.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Neudecker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
Publication of EP3469607A1 publication Critical patent/EP3469607A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/085—Cooling by ambient air
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
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    • H01F27/022—Encapsulation
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    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • H01F27/325—Coil bobbins
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/10—Connecting leads to windings
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/12—Insulating of windings
    • H01F41/127—Encapsulating or impregnating
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type with magnetic core
    • H01F17/06—Fixed inductances of the signal type with magnetic core with core substantially closed in itself, e.g. toroid
    • H01F17/062—Toroidal core with turns of coil around it
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/1003—Non-printed inductor

Definitions

  • the present invention relates to an inductive component, such as a choke or a transformer.
  • an inductive component such as a choke or a transformer.
  • the size of inductive components is determined by the required storage capacity of magnetic energy and also significantly by the heat dissipation. The better you are
  • Components are dimensioned.
  • Component with a coil which is accommodated in a housing. Between the coil and the housing is a
  • thermally conductive cushion arranged.
  • an inductor having a coil comprising a winding of a wire.
  • the component has a molded body adhering to the coil.
  • the molded body has a
  • the geometry of the surface is in particular formed complementary to the surface of the heat sink.
  • the shaped body fills in, for example, the unevenness of the coil, in particular of the winding.
  • the shaped body is applied in particular directly on the winding.
  • the shaped body has a material with a good thermal conductivity.
  • it is a material with a good thermal conductivity.
  • it is a material with a good thermal conductivity.
  • Plastic material in particular polyurethane.
  • Plastic material may be provided to increase the thermal conductivity with a good thermal conductivity filler.
  • the molded body is formed, for example, as a potting. In this case, a liquid potting material is applied to the coil and cured. To the shaping becomes
  • a mold in which the coil is arranged and the liquid potting material is filled.
  • the mold can be removed later.
  • it is in the shaped body to a cured mass, which is integrally formed on the coil.
  • the shaped body forms at least part of the surface of the component.
  • the shaped body can be regarded as a housing or housing part of the component.
  • the shaped body surrounds the coil only partially.
  • the shaped body does not form
  • the shaped body covers a side surface of the coil at most half.
  • the side surface is
  • the side surface is, for example, the lateral surface of an annular coil.
  • the winding can be partially exposed.
  • the component is at least partially open. This can be for
  • the molded body is hood-shaped.
  • the shaped body covers a
  • the shaped body can also extend a little way on a side surface of the coil.
  • the component has a base. It is for example a plastic base.
  • the base may be formed as a plate. In contrast to the molded body, the base does not adhere directly to the coil and fills no unevenness of the coil.
  • the coil is
  • the base serves, for example, the defined guidance of the wire ends and the mechanical stabilization of the component.
  • the molding is, for example, on a first side of the
  • Component arranged and the base is arranged on a second side of the component.
  • the first side may be opposite the second side.
  • the first page is for example, around an upper side of the component.
  • the shaped body is not disposed between the base and the coil.
  • a layer of a material in particular a thermally conductive one, may additionally be provided on the shaped body
  • the layer is more flexible than the molded article and can fill gaps between the molded article and the heat sink.
  • the layer is more flexible than the molded article and can fill gaps between the molded article and the heat sink.
  • a component arrangement comprising an inductive component and a heat sink, for example a heat sink, is specified.
  • the inductive component can be described as above
  • the heat sink directly adjoins the shaped body of the inductive component.
  • the shaped body may be formed as described above, in particular have a surface which is complementary to the surface of the heat sink and to which the heat sink
  • a layer of thermally conductive material is disposed between the molded body and the heat sink, the heat sink being directly adjacent to this layer.
  • the layer is formed, for example, as described above. It may in particular be a thermal paste or a thermal adhesive.
  • the layer can also be directly adjacent to the molding. Between the Shaped body and the heat sink is thus not a solid housing.
  • the heat sink is for example as a heat sink
  • the heat sink may have cooling fins.
  • the heat sink has a metal.
  • the heat sink is arranged on the inductive component.
  • the heat sink can also be arranged next to the inductive component.
  • the component arrangement has a printed circuit board on which the inductive component and the
  • Heat sink are attached.
  • the heat sink can be attached directly to the circuit board or be attached only indirectly to the circuit board.
  • the inductive component is attached directly to the circuit board and the
  • Heat sink attached to the inductive component According to a further aspect of the present invention, a method for producing an inductive component and / or a component arrangement is specified.
  • the inductive component and the component arrangement may be formed as described above.
  • a coil is provided and arranged in a mold. Before or after arranging the coil in the mold is to form the shaped body a Casting material filled into the mold.
  • the potting material is in liquid form.
  • the mold is removed.
  • the mold is shaped such that the resulting molded body has a surface that is complementary to the surface of a heat sink.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an inductive component in a perspective view
  • Figure 2 shows another embodiment of an inductive
  • FIG. 3 shows an arrangement of an inductive component and a heat sink in a side view of a concept.
  • the component 1 shows an inductive component 1.
  • the component 1 is, for example, a choke or a transformer, in particular a component of the power ⁇ electronics.
  • a choke or a transformer in particular a component of the power ⁇ electronics.
  • it is a toroidal ⁇ choke, z.
  • B. a current-compensated toroidal core choke or toroidal core choke.
  • the component 1 has a winding 2 of a wire.
  • the wire is, for example, a
  • the winding 2 surrounds a core 3 of a magnetic material. It is for example a ferrite core.
  • the core 3 may have a closed shape, for example a ring shape.
  • the winding 2 together with the core 3 forms a coil 4.
  • the coil 4 may also be formed without a magnetic core 3.
  • the coil 4 is arranged on a base 5. Through the base 5 wire ends 6, 7 of the winding 2 are guided. Of the
  • Socket 5 is formed as a thin plate.
  • the coil 4 is arranged lying on the base 5.
  • the coil 4 is arranged such that its height, ie, its extension perpendicular to the base 5, is less than its greatest extension in a direction parallel to the base 5.
  • the component 1 is mounted, for example, with the base 5 on a printed circuit board.
  • the component 1 has a shaped body 8, the one
  • thermally conductive material 9 has.
  • the molded body 8 is dimensionally stable, that is, it keeps its shape independently.
  • the molded body 8 is formed as a potting.
  • the shaped body 8 is applied, for example, in liquid form to the coil 4 and cured.
  • the molded body 8 adheres firmly to the coil 4 after curing. There is no further adhesive or Kraftweinturm from the outside
  • the thermal conductivity of the material 9 is for example in a range of 0.1 to 2300 W / (m * K). In particular, the thermal conductivity may be in a range of 0.2 to 4 W / (m * K).
  • the thermally conductive material 9 of the molded body 8 is, for example, a thermally conductive plastic. This may be a polyurethane material.
  • the material 9 may have a thermally conductive filler to increase the thermal conductivity.
  • the molded body 8 forms a first side 10 of the component 1.
  • the first side 10 is, for example, an upper side of the component 1.
  • the base 5 forms, for example, a second side 11 of the component 1, that of the first side 10
  • the molded body 8 and the base 5 are arranged in particular on opposite sides 10, 11 of the coil 4.
  • the molded body 8 forms part of the outer surface of the component 1.
  • the component 1 has no additional housing, which is arranged above the shaped body 8.
  • the molded body 8 can thus be regarded as a housing or housing part of the component 1.
  • the molded body 8 surrounds the coil 4 only partially.
  • the shaped body 8 forms at most 50% of the outer surface of the component 1.
  • the molded body 8 may be formed hood-shaped.
  • the shaped body 8 forms, for example, the upper side of the component 1.
  • the shaped body 8 can also form part of the side surface 12 of the component 1.
  • the molded body 8 extends from the
  • Top on the side surface 12 covers, for example, the side surface 12 at most half, in particular at most one-third.
  • the coil 4 is partially free.
  • the coil 4 on the side surface 12 is only partially surrounded by the shaped body 8.
  • the side surface 12 can also be completely exposed.
  • the coil 4, and in particular the winding 2
  • the coil 4 is thus not completely surrounded by a potting or a housing.
  • the component 1 is in particular at least partially open.
  • the molded body 8 and the base 5 are formed, for example, such that the winding 2 does not protrude laterally beyond the molded body 8 and the base 5.
  • Winding 2 protected against mechanical damage.
  • the molded body 8 fills the unevenness of the winding 2 and has a flat surface 13.
  • the planar surface 13 may have a surface roughness.
  • Surface 13 thus forms a planar surface of the component 1.
  • the component 1 at its from the base. 5 remote from the first side 10, the planar surface 13.
  • the molded body 8 may have a moderate elasticity to compensate for tolerances.
  • the flat surface 13 allows a good thermal
  • the surface of the heat sink is
  • the surface 13 of the component 1 is preferably designed accordingly.
  • the molded body 8 is particularly advantageous for a component 1 whose surface finish without the
  • Shaped 8 a direct thermal connection to a
  • Heat sink prevents or impedes.
  • the direct connection of the molded body 8 to the heat sink without intervening housing leads to an increase in the thermal conductivity.
  • the resulting improved cooling often makes it possible to reduce the size of the frame, since the size, in particular in convection cooling, is often determined primarily by the requirements for cooling or the amount of power loss.
  • the molded body 8 can also be achieved electrical insulation of the component 1 at the same time.
  • Minimum distance between the winding 2 and the surface 13 of the component 1 can be adjusted.
  • a coil 4 is provided and arranged in a casting mold.
  • Forming the molded body 8 becomes a liquid
  • thermally conductive material 9 filled in the mold and hardened.
  • the hardening becomes, for example, several
  • the molded body 8 can also be otherwise adhesively formed on the coil 4 and then cured.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of an inductive component 1.
  • a layer 14 is additionally arranged on the shaped body 8.
  • the layer 14 serves to further improve the connection of the component 1 to a heat sink.
  • the layer 14 comprises a thermally conductive material.
  • the material of the layer 14 may be made of the material 9 of the
  • the layer 14 is a thermal paste or a heat-conducting adhesive.
  • the layer 14 may be present in particular in liquid or paste-like form.
  • the layer 14 is not cured. In particular, it is not part of a solid housing. It is also possible to use a film of thermally conductive material (TIM film), which is unwound, for example, from a roll and adhered to the component 1 of FIG.
  • TIM film film of thermally conductive material
  • the layer 14, for example, makes an intimate connection to a heat sink.
  • the layer 14 is formed as an adhesive layer, which adheres to the shaped body 8 and to the heat sink.
  • the layer 14 is applied, for example, shortly before placing a heat sink on the component 1.
  • the layer 14 is flexible, for example, so that it can optimally adapt to the surface 13 of the shaped body 8 and a heat sink.
  • the layer 14 is substantially more flexible than the shaped body 8.
  • the layer 14 may be made thin compared to the shaped body 8.
  • FIG. 3 shows a component arrangement 15 of an inductive
  • the heat sink 16 is for example as a heat sink
  • the inductive component 1 is formed, for example, according to FIG. 1 or according to FIG.
  • the heat sink 16 is arranged directly on the shaped body 8 or on a layer 14 (FIG. 2) located on the shaped body 8.
  • the surface 13 of the shaped body 8 is
  • the heat sink 19 directly adjoins the surface 13 of the shaped body 8 without a larger air gap being present between the heat sink 18 and the shaped body 8.
  • the heat sink 19 directly adjoins the surface 13 of the shaped body 8 without a larger air gap being present between the heat sink 18 and the shaped body 8.
  • Heat sink 16 may also be arranged next to the inductive component 1 on the circuit board 17. Also in this case, the heat sink 16 directly adjoins the surface 13 of the shaped body 8.
  • the heat sink 16 can be used as a heat sink, in particular as a passive heat sink, for example by convection, or as an active heat sink, for example by forced
  • the heat sink 16 has, for example, cooling fins 18.
  • the heat sink 16 may be formed metallic.
  • the component assembly 15 is attached to the circuit board 17. For example, it is a non-cast

Landscapes

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  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
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Abstract

Es wird ein induktives Bauteil (1) mit einer Spule (4) aufweisend eine Wicklung (2) eines Drahtes und ein an der Spule (4) haftender Formkörper (8) angegeben. Der Formkörper (8) weist eine Oberfläche (13) zur Anordnung einer Wärmesenke (16) auf. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils (1) angegeben, bei dem zur Herstellung des Formkörpers (8) eine Vergussmasse in eine Gussform eingefüllt und die Gussform anschließend entfernt wird.

Description

Beschreibung
Induktives Bauteil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein induktives Bauteil, wie beispielsweise eine Drossel oder einen Transformator. Die Baugröße induktiver Bauelemente wird durch das geforderte Speichervermögen magnetischer Energie und darüber hinaus maßgeblich durch die Entwärmung bestimmt. Je besser man
Verluste abführen kann, desto kleiner können induktive
Bauteile dimensioniert werden.
Die DE 10 2011 076 227 AI beschreibt ein induktives
Bauelement mit einer Spule, die in einem Gehäuse aufgenommen ist. Zwischen der Spule und dem Gehäuse ist ein
wärmeleitendes Kissen angeordnet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein induktives Bauteil mit verbesserten Eigenschaften anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein induktives Bauelement gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein induktives Bauteil mit einer Spule aufweisend eine Wicklung eines Drahtes angegeben. Das Bauteil weist einen an der Spule haftenden Formkörper auf. Der Formkörper weist eine
Oberfläche zur Anordnung einer Wärmesenke, beispielsweise eines Kühlkörpers, auf. Die Geometrie der Oberfläche ist insbesondere komplementär zur Oberfläche der Wärmesenke ausgebildet. Beispielsweise sind die Oberflächen des
Formkörpers und der Wärmesenke plan ausgebildet. Der Formkörper füllt beispielsweise die Unebenheiten der Spule, insbesondere der Wicklung, aus. Der Formkörper ist insbesondere direkt auf der Wicklung aufgebracht. Die
komplementär, beispielsweise plan, ausgebildete Oberfläche des Formkörpers erlaubt eine Anordnung der Wärmesenke direkt am Formkörper und ermöglicht eine gute thermische Ankopplung der Wärmesenke an das Bauteil.
Der Formkörper weist ein Material mit einer guten Wärmeleit- fähigkeit auf. Beispielsweise handelt es sich um ein
Kunststoffmaterial , insbesondere um Polyurethan. Das
Kunststoffmaterial kann zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit mit einem gut wärmeleitfähigen Füllstoff versehen sein. Der Formkörper ist beispielsweise als Verguss ausgebildet. Dabei wird ein flüssiges Vergussmaterial auf die Spule aufgebracht und ausgehärtet. Zur Formgebung wird
beispielsweise eine Gussform bereitgestellt, in der die Spule angeordnet und das flüssige Vergussmaterial eingefüllt wird. Die Gussform kann später entfernt werden. Somit handelt es sich bei dem Formkörper um eine ausgehärtete Masse, die an der Spule angeformt ist.
In einer Ausführungsform bildet der Formkörper zumindest einen Teil der Oberfläche des Bauteils. Somit weist das
Bauteil kein über dem Formkörper angeordnetes Gehäuse auf. Vielmehr kann der Formkörper als Gehäuse oder Gehäuseteil des Bauteils angesehen werden. In einer Ausführungsform umgibt der Formkörper die Spule nur teilweise. Insbesondere bildet der Formkörper keinen
Vollverguss der Spule. Ein nicht vollumgebender Formkörper ist kostengünstig und zur Herstellung der Anbindung an einer Wärmesenke ausreichend.
Beispielsweise bedeckt der Formkörper eine Seitenfläche der Spule höchstens zur Hälfte. Die Seitenfläche ist
beispielsweise senkrecht zur Oberfläche des Bauteils
angeordnet, die zur Anordnung der Wärmesenke ausgebildet ist. Die Seitenfläche ist beispielsweise die Mantelfläche einer ringförmigen Spule.
Die Wicklung kann teilweise freiliegen. Somit ist das Bauteil zumindest teilweise offen ausgebildet. Dies kann zur
Verbesserung der Wärmeableitung beitragen. In einer Ausführungsform ist der Formkörper haubenförmig ausgebildet. Beispielsweise bedeckt der Formkörper eine
Oberseite der Spule. Der Formkörper kann sich zudem ein Stück weit auf eine Seitenfläche der Spule erstrecken. In einer Ausführungsform weist das Bauteil einen Sockel auf. Es handelt sich beispielsweise um einen Kunststoffsockel . Der Sockel kann als Platte ausgebildet sein. Im Unterschied zum Formkörper haftet der Sockel nicht direkt an der Spule und füllt keine Unebenheiten der Spule aus. Die Spule ist
beispielsweise mittels eines Klebstoffes am Sockel befestigt. Durch den Sockeln können Drahtenden geführt sein. Der Sockel dient beispielsweise der definierten Führung der Drahtenden und der mechanischen Stabilisierung des Bauteils. Der Formkörper ist beispielsweise an einer ersten Seite des
Bauteils angeordnet und der Sockel ist an einer zweiten Seite des Bauteils angeordnet. Die erste Seite kann der zweiten Seite gegenüberliegen. Bei der ersten Seite handelt es sich beispielsweise um eine Oberseite des Bauteils. Der Formkörper ist beispielsweise nicht zwischen dem Sockel und der Spule angeordnet .
Zur weiteren Verbesserung der thermischen Anbindung an eine Wärmesenke kann auf dem Formkörper zusätzlich eine Schicht eines Materials, insbesondere eines wärmeleitfähigen
Materials, aufgebracht sein. Beispielsweise handelt es sich um eine Wärmeleitpaste. Die Schicht ist beispielsweise flexibler als der Formkörper und kann Spalte zwischen dem Formkörper und der Wärmesenke ausfüllen. Zudem kann die
Schicht eine Haftung der Wärmesenke am Formkörper bewirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bauteilanordnung aufweisend ein induktives Bauteil und einer Wärmesenke, beispielsweise einem Kühlkörper, angegeben. Das induktive Bauteil kann wie vorgehend beschrieben
ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform grenzt die Wärmesenke direkt an der Formkörper des induktiven Bauteils an. Der Formkörper kann wie oben beschrieben ausgebildet sein, insbesondere eine Oberfläche aufweisen, die komplementär zur Oberfläche der Wärmesenke ausgebildet ist und an die die Wärmesenke
angrenzt .
In einer Ausführungsform ist zwischen dem Formkörper und der Wärmesenke eine Schicht eines wärmeleitfähigen Materials angeordnet, wobei die Wärmesenke direkt an diese Schicht angrenzt. Die Schicht ist beispielsweise wie oben beschrieben ausgebildet. Es kann sich insbesondere um eine Wärmeleitpaste oder um einen Wärmeleitklebstoff handeln. Die Schicht kann zudem auch direkt an den Formkörper angrenzen. Zwischen dem Formkörper und der Wärmesenke befindet sich somit kein festes Gehäuse .
Die Wärmesenke kann bei beiden Ausführungsformen auch
teilweise an den Formkörper und teilweise an die Schicht angrenzen .
Die Wärmesenke ist beispielsweise als Kühlkörper,
insbesondere als aktiver oder passiver Kühlkörper
ausgebildet. Die Wärmesenke kann Kühlrippen aufweisen.
Beispielsweise weist die Wärmesenke ein Metall auf.
Beispielsweise ist die Wärmesenke auf dem induktiven Bauteil angeordnet. Die Wärmesenke kann auch neben dem induktiven Bauteil angeordnet sein.
In einer Ausführungsform weist die Bauteilanordnung eine Leiterplatte auf, an der das induktive Bauteil und die
Wärmesenke befestigt sind. Die Wärmesenke kann dabei direkt an der Leiterplatte befestigt sein oder nur mittelbar an der Leiterplatte befestigt sein. Beispielsweise ist das induktive Bauteil direkt an der Leiterplatte befestigt und die
Wärmesenke am induktiven Bauteil befestigt. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauteils und/oder einer Bauteilanordnung angegeben. Das induktive Bauteil und die Bauteilanordnung können wie oben beschrieben ausgebildet sein.
Im Verfahren wird eine Spule bereitgestellt und in einer Gussform angeordnet. Vor oder nach dem Anordnen der Spule in der Gussform wird zur Bildung des Formkörpers ein Vergussmaterial in die Gussform eingefüllt. Insbesondere liegt das Vergussmaterial in flüssiger Form vor. Beispiels¬ weise handelt es sich um ein Kunststoffmaterial . Das
Vergussmaterial wird anschließend ausgehärtet und die
Gussform wird entfernt. Die Gussform ist insbesondere derart geformt, dass der erhaltene Formkörper eine Oberfläche aufweist, die komplementär zur Oberfläche einer Wärmesenke ausgebildet ist. In der vorliegenden Offenbarung sind mehrere Aspekte einer Erfindung beschrieben. Alle Eigenschaften, die in Bezug auf das Bauteil, die Bauteilanordnung oder das Verfahren
offenbart sind, sind auch entsprechend in Bezug auf die anderen Aspekte offenbart, auch wenn die jeweilige
Eigenschaft nicht explizit im Kontext der anderen Aspekte erwähnt wird. Weiterhin ist die Beschreibung der hier
angegebenen Gegenstände nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen - soweit technisch sinnvoll - miteinander kombiniert werden.
Im Folgenden werden die hier beschriebenen Gegenstände anhand von schematischen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Ausführungsform eines induktiven Bauteils in perspektivischer Ansicht, Figur 2 eine weitere Ausführungsform eines induktiven
Bauteils in perspektivischer Ansicht, Figur 3 eine Anordnung eines induktiven Bauteils und einer Wärmesenke in seitlicher Konzeptansicht.
Vorzugsweise verweisen in den folgenden Figuren gleiche
Bezugszeichen auf funktionell oder strukturell entsprechende Teile der verschiedenen Ausführungsformen.
Figur 1 zeigt ein induktives Bauteil 1. Bei dem Bauteil 1 handelt es sich beispielweise um eine Drossel oder einen Transformator, insbesondere um ein Bauteil der Leistungs¬ elektronik. Beispielsweise handelt es sich um eine Ringkern¬ drossel, z. B. eine stromkompensierte Ringkerndrossel oder Ringkernspeicherdrossel . Das Bauteil 1 weist eine Wicklung 2 eines Drahtes auf. Bei dem Draht handelt es sich beispielsweise um einen
Kupferdraht. Die Wicklung 2 umgibt einen Kern 3 aus einem magnetischen Material. Es handelt sich beispielsweise um einen Ferritkern. Der Kern 3 kann eine geschlossene Form aufweisen, beispielsweise eine Ringform. Die Wicklung 2 zusammen mit dem Kern 3 bildet eine Spule 4. Die Spule 4 kann auch ohne magnetischen Kern 3 ausgebildet sein.
Die Spule 4 ist auf einem Sockel 5 angeordnet. Durch den Sockel 5 sind Drahtenden 6, 7 der Wicklung 2 geführt. Der
Sockel 5 ist als dünne Platte ausgebildet. Beispielsweise ist die Spule 4 liegend auf dem Sockel 5 angeordnet. Insbesondere ist die Spule 4 derart angeordnet, dass ihre Höhe, d.h., ihre Ausdehnung senkrecht zum Sockel 5, geringer ist als ihre größte Ausdehnung in einer Richtung parallel zum Sockel 5. Das Bauteil 1 wird beispielsweise mit dem Sockel 5 auf eine Leiterplatte montiert. Das Bauteil 1 weist einen Formkörper 8 auf, das ein
wärmeleitfähiges Material 9 aufweist. Der Formkörper 8 ist formstabil, d.h., es behält seine Form selbständig bei.
Beispielsweise ist der Formkörper 8 als Verguss ausgebildet. Der Formkörper 8 wird beispielsweise in flüssiger Form auf die Spule 4 aufgebracht und ausgehärtet. Der Formkörper 8 haftet nach der Aushärtung fest an der Spule 4. Es ist kein weiteres Haftmittel oder Kraftweinwirkung von außen
notwendig .
Die Wärmeleitfähigkeit des Materials 9 liegt beispielsweise in einem Bereich von 0,1 bis 2300 W/ (m*K) . Insbesondere kann die Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von 0,2 bis 4 W/ (m*K) liegen .
Beim wärmeleitfähigen Material 9 des Formkörpers 8 handelt es sich beispielsweise um einen wärmeleitfähigen Kunststoff. Dabei kann es sich um ein Polyurethan-Material handeln. Das Material 9 kann zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit einen wärmeleitfähigen Füllstoff aufweisen.
Der Formkörper 8 bildet eine erste Seite 10 des Bauteils 1. Die erste Seite 10 ist beispielsweise eine Oberseite des Bauteils 1. Der Sockel 5 bildet beispielsweise eine zweite Seite 11 des Bauteils 1, die der ersten Seite 10
gegenüberliegt. Der Formkörper 8 und der Sockel 5 sind insbesondere an gegenüberliegenden Seiten 10, 11 der Spule 4 angeordnet . Der Formkörper 8 bildet einen Teil der äußeren Oberfläche des Bauteils 1. Das Bauteil 1 weist kein zusätzliches Gehäuse auf, das über dem Formkörper 8 angeordnet ist. Der Formkörper 8 kann somit als Gehäuse oder Gehäuseteil des Bauteils 1 angesehen werden.
Der Formkörper 8 umgibt die Spule 4 nur teilweise.
Beispielsweise bildet der Formkörper 8 höchstens 50 % der äußeren Oberfläche des Bauteils 1. Der Formkörper 8 kann haubenförmig ausgebildet sein. Der Formkörper 8 bildet beispielsweise die Oberseite des Bauteils 1. Der Formkörper 8 kann auch einen Teil der Seitenfläche 12 des Bauteils 1 bilden. Beispielsweise reicht der Formkörper 8 von der
Oberseite auf die Seitenfläche 12 und bedeckt beispielsweise die Seitenfläche 12 höchstens zur Hälfte, insbesondere höchstens zu einem Drittel. Die Spule 4 liegt teilweise frei. Insbesondere ist die Spule 4 an der Seitenfläche 12 nur teilweise vom Formkörper 8 umgeben. Die Seitenfläche 12 kann auch ganz freiliegen. Somit bildet die Spule 4, und insbesondere die Wicklung 2,
zumindest einen Teil der äußeren Oberfläche des Bauteils 1. Die Spule 4 ist somit nicht vollständig von einem Verguss oder einem Gehäuse umgeben. Das Bauteil 1 ist insbesondere zumindest teilweise offen ausgebildet.
Der Formkörper 8 und der Sockel 5 sind beispielsweise derart ausgebildet, dass die Wicklung 2 nicht seitlich über der Formkörper 8 und den Sockel 5 herausragt. Somit ist die
Wicklung 2 vor mechanischer Beschädigung geschützt.
Der Formkörper 8 füllt die Unebenheiten der Wicklung 2 aus und weist eine plane Oberfläche 13 auf. Die plane Oberfläche 13 kann eine Oberflächenrauhigkeit aufweisen. Die plane
Oberfläche 13 bildet somit eine plane Oberfläche des Bauteils 1. Insbesondere weist das Bauteil 1 an seiner vom Sockel 5 abgewandten ersten Seite 10 die plane Oberfläche 13 auf. Der Formkörper 8 kann eine mäßige Elastizität zum Ausgleich von Toleranzen aufweisen. Die plane Oberfläche 13 ermöglicht eine gute thermische
Anbindung des Bauteils 1 an eine Wärmesenke, insbesondere einen Kühlkörper. Der Oberfläche der Wärmesenke ist
vorzugsweise komplementär zur Oberfläche 13 des Bauteils 1 ausgebildet. Bei einer gebogenen, beispielsweise konvexen oder konkaven Oberfläche der Wärmesenke ist die Oberfläche 13 des Bauteils 1 vorzugsweise entsprechend ausgebildet.
Somit ist der Formkörper 8 besonders für ein Bauteil 1 vorteilhaft, deren Oberflächenbeschaffenheit ohne den
Formkörper 8 einen direkten thermischen Anschluss an eine
Wärmesenke verhindert oder erschwert. Die direkte Anbindung des Formkörpers 8 an die Wärmesenke ohne dazwischen liegendes Gehäuse führt zu einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit. Die dadurch verbesserte Kühlung ermöglicht oft eine Baugrößen- reduzierung, da die Baugröße, insbesondere bei Konvektions- kühlung, häufig primär durch die Anforderungen an die Kühlung bzw. Höhe der Verlustleistung bestimmt wird.
Durch den Formkörper 8 kann zugleich auch eine elektrische Isolierung des Bauteils 1 erreicht werden. Durch geeignete Wahl der Dicke des Formkörpers 8 kann insbesondere ein
Mindestabstand zwischen der Wicklung 2 und der Oberfläche 13 des Bauteils 1 eingestellt werden. Zur Herstellung des Bauteils 1 wird beispielsweise eine Spule 4 bereitgestellt und in einer Gussform angeordnet. Zur
Bildung des Formkörpers 8 wird ein flüssiges,
wärmeleitfähiges Material 9 in die Gussform eingefüllt und ausgehärtet. Die Aushärtung wird beispielsweise mehrere
Stunden, beispielsweise zwischen 12 und 24 Stunden, bei
Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur durchgeführt.
Anschließend wird die Gussform entfernt und das Bauteil 1 somit entformt. Der Formkörper 8 kann auch anderweitig an die Spule 4 haftend angeformt und anschließend ausgehärtet werden .
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines induktiven Bauteils 1. Im Unterschied zum Bauteil 1 aus Figur 1 ist auf dem Formkörper 8 zusätzlich eine Schicht 14 angeordnet. Die Schicht 14 dient zur nochmaligen Verbesserung der Anbindung des Bauteils 1 an eine Wärmesenke. Die Schicht 14 weist ein wärmeleitfähiges Material auf. Das Material der Schicht 14 kann sich vom Material 9 des
Formkörpers 8 unterscheiden.
Beispielsweise handelt es sich bei der Schicht 14 um eine Wärmeleitpaste oder einen Wärmeleitklebstoff. Die Schicht 14 kann insbesondere in flüssiger oder pastenartiger Form vorliegen. Die Schicht 14 ist nicht ausgehärtet. Insbesondere handelt es sich nicht um ein Teil eines festen Gehäuses. Es kann auch eine Folie aus thermisch leitfähigem Material (TIM- Folie) verwendet werden, die beispielsweise von einer Rolle abgewickelt und auf das Bauteil 1 der Figur 1 aufgeklebt wird .
Die Schicht 14 stellt beispielsweise eine innige Verbindung zu einer Wärmesenke her. Beispielsweise ist die Schicht 14 als Haftschicht ausgebildet, die am Formkörper 8 und an der Wärmesenke haftet. Die Schicht 14 wird beispielsweise kurz vor Anordnung einer Wärmesenke am Bauteil 1 aufgebracht. Die Schicht 14 ist beispielsweise flexibel, so dass sie sich an die Oberfläche 13 des Formkörpers 8 und einer Wärmesenke optimal anpassen kann. Insbesondere ist die Schicht 14 wesentlich flexibler als der Formkörper 8. Die Schicht 14 kann im Vergleich zum Formkörper 8 dünn ausgebildet sein.
Figur 3 zeigt eine Bauteilanordnung 15 eines induktiven
Bauteils 1 und einer Wärmesenke 16 auf einer Leiterplatte 17. Die Wärmesenke 16 ist beispielsweise als Kühlkörper
ausgebildet. Das induktive Bauteil 1 ist beispielsweise gemäß Figur 1 oder gemäß Figur 2 ausgebildet.
Die Wärmesenke 16 ist direkt auf dem Formkörper 8 oder auf einer auf dem Formkörper 8 befindlichen Schicht 14 (Figur 2) angeordnet. Die Oberfläche 13 des Formkörpers 8 ist
komplementär zu einer Oberfläche 19 der Wärmesenke 16
ausgebildet. Somit grenzt die Wärmesenke 19 direkt an die Oberfläche 13 des Formkörpers 8 an, ohne dass zwischen der Wärmesenke 18 und dem Formkörper 8 ein größerer Luftspalt vorhanden ist. In einer alternativen Montage kann die
Wärmesenke 16 auch neben dem induktiven Bauteil 1 auf der Leiterplatte 17 angeordnet sein. Auch in diesem Fall grenzt die Wärmesenke 16 direkt an die Oberfläche 13 des Formkörpers 8 an .
Die Wärmesenke 16 kann als Kühlkörper, insbesondere als passiver Kühlkörper, beispielsweise durch Konvektion, oder als aktiver Kühlkörper, beispielsweise durch erzwungene
Konvektion durch Lüfter, ausgebildet sein. Die Wärmesenke 16 weist beispielsweise Kühlrippen 18 auf. Die Wärmesenke 16 kann metallisch ausgebildet sein. Die Bauteilanordnung 15 ist an der Leiterplatte 17 befestigt. Beispielsweise handelt es sich um eine unvergossene
Leiterplatte 17.
Bezugs zeichenliste
1 induktives Bauteil
2 Wicklung
3 Kern
4 Spule
5 Sockel
6 Drahtende
7 Drahtende
8 Formkörper
9 wärmeleitfähiges Material
10 erste Seite
11 zweite Seite
12 Seitenfläche
13 plane Oberfläche
14 Schicht
15 Bauteilanordnung
16 Wärmesenke
17 Leiterplatte
18 Kühlrippen

Claims

Patentansprüche
1. Induktives Bauteil,
mit einer Spule (4) aufweisend eine Wicklung (2) eines
Drahtes und ein an der Spule (4) haftender Formkörper (8) wobei der Formkörper (8) eine Oberfläche (13) zur Anordnung einer Wärmesenke (16) aufweist.
2. Induktives Bauteil nach Anspruch 1,
bei dem der Formkörper (8) als Verguss ausgebildet ist.
3. Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem der Formkörper (8) die Spule (4) nur teilweise umgibt.
4. Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem der Formkörper (8) eine Seitenfläche (12) der Spule (4) höchstens zur Hälfte bedeckt.
5. Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem der Formkörper (8) haubenförmig
ausgebildet ist.
6. Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem der Formkörper (8) zumindest einen Teil der Oberfläche (13) des Bauteils (1) bildet.
7. Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem die Wicklung (2) teilweise freiliegt.
8. Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem der Formkörper (8) ein Kunststoffmaterial enthält, das mit einem gut wärmeleitfähigen Füllstoff
versehen ist.
9. Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, aufweisend einen Sockel (5), auf dem die Spule (4) angeordnet ist, bei dem der Formkörper (8) nicht zwischen dem Sockel (5) und der Spule (4) angeordnet ist.
10. Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, aufweisend einen Sockel (5), auf dem die Spule (4) angeordnet ist, bei dem der Formkörper (8) an einer ersten Seite des Bauteils (1) angeordnet ist und der Sockel (5) an einer gegenüberliegenden zweiten Seite (11) des Bauteils (1) angeordnet ist.
11. Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem die Oberfläche (13) plan ausgebildet ist.
12. Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem der Formkörper (8) nur eine Oberseite der Spule (4) bedeckt.
13. Bauteilanordnung aufweisend das induktive Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Wärmesenke (16), wobei die Wärmesenke (16) direkt an den Formkörper (8) angrenzt oder wobei zwischen dem Formkörper (8) und der
Wärmesenke (16) eine Schicht (14) aufweisend ein wärmeleit- fähiges Material angeordnet ist.
14. Bauteilanordnung nach dem vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche (13) des Formkörpers (8) komplementär zur Oberfläche der Wärmesenke (16) ausgebildet ist.
15. Bauteilanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Schicht (14) als Wärmeleitpaste, Wärmeleitkleber oder als wärmeleitfähige Folie ausgebildet ist.
16. Bauteilanordnung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Leiterplatte (17), an der das induktive Bauteil (1) und die Wärmesenke (16) befestigt sind.
17. Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauteils und/oder einer Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend die Schritte:
A) Bereitstellen einer Spule (4) und Anordnen der Spule (4) in einer Gussform,
B) Einfüllen eines Vergussmaterials zur Bildung des
Formkörpers (8) in die Gussform vor oder nach Anordnen der Spule in der Gussform,
C) Aushärtung der Vergussmasse und Entfernung der Gussform.
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