專利名稱：在磁芯中有電連接的多層變壓器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及變壓器，更具體地，涉及多層陶瓷變壓器和方法。
傳統(tǒng)的變壓器有長的合并的分離磁芯和線圈區(qū)域，使得它們就相對磁芯放置線圈而言受到約束。通常，線圈纏繞在磁芯上，這樣增加了變壓器的整個尺寸和體積。采用當前構造技術把線圈物理地通過磁芯是不切實際的。這樣做成本很高又花費時間。另外，大多數(shù)通過磁芯材料的可能電路將誘導除了設計的產生的磁場外不需要的磁場。所以，圍繞磁芯區(qū)域線圈限制了減少傳統(tǒng)變壓器尺寸的選擇余地。減小絕緣變壓器的尺寸常常是困難的，因為絕緣變壓器的物理尺寸和結構在它的電絕緣特性中起了作用。
除了物理尺寸限制外，通常用于電信應用的變壓器也必需符合規(guī)范安全標準，因為它們廣泛用于將用戶的電子設備和通信網絡隔離，例如電話網絡。許多規(guī)范的工具(agency)需要變壓器提供一定電壓絕緣屏障并且符合變壓器中需要的間隙(clearance)距離和漏電(creepage)距離。
間隙距離，定義為在通過空氣測量的兩個導電部件間的最短距離，并且特別重要，因為空氣雖然是好的絕緣體，在足夠強的電場下將最終電離并且破壞絕緣屏障。
漏電距離，定義為在沿著絕緣表面測量的兩個傳導部件間的最短距離，也特別重要，因為在適當?shù)沫h(huán)境條件和足夠的時間下，在絕緣表面的兩個點間給以足夠的電勢，絕緣表面將最終被擊穿并且導致破壞它的絕緣特性。
通過使用絕緣帶，交迭帶，清漆，環(huán)氧樹脂，絕緣線和塑料繞線管制造傳統(tǒng)的變壓器來符合距離和電壓的絕緣需要。使用這些材料的各種結合來保證變壓器將經受住所需電壓擊穿限制和規(guī)定距離。
除了物理尺寸限制和電絕緣特性限制，傳統(tǒng)的變壓器難以自動化制造。因為需要把線圈線頭焊接到線軸終端，所以傳統(tǒng)的線繞變壓器難以自動化制造。另外，在制造工藝中纏繞線圈并且讓它們互相分開較難，而且需要許多手工裝配勞動。對于較高絕緣電壓的行業(yè)規(guī)范的簡單改變將可能需要附加的工藝并且導致變壓器的成本超過市場的承受值。
為了克服傳統(tǒng)變壓器的限制，揭示了許多制造陶瓷變壓器的方法。這些陶瓷變壓器大多數(shù)不強調電隔離需要，諸如需要給出充分電壓擊穿保護的物理需要。
另外，通常符合安全需要的陶瓷變壓器常常不提供充分的性能，諸如常規(guī)陶瓷變壓器的線圈間的不良耦合。
這樣，在工藝上需要有改進的變壓器和方法，特別是，低成本，小尺寸的陶瓷變壓器易于大批自動化制造并且也符合規(guī)范安全需要。
在一個實施例中，本發(fā)明揭示了一個有多層帶結構的變壓器，多層帶結構包括多個層，它限定了布置在至少形成變壓器磁芯的其中兩個層上的磁芯區(qū)域，初級線圈布置在至少其中一個層上，次級線圈布置在至少其中一個層上，第一多個互連通路連接在層間的初級線圈，第二多個互連通路連接在層間的次級線圈，其中第一和第二互連通路布置在最接近變壓器磁芯中心。
在本發(fā)明的另一個實施例中，這些層由共焙燒-陶瓷材料制造。
還是在一個實施例中，共焙燒陶瓷材料是低溫-共焙燒-陶瓷(LTCC)材料。
在另-個實施例中，共焙燒-陶瓷材料是高溫共焙燒-陶瓷(HTCC)材料。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是減小了整個變壓器的體積，并且制造變壓器需要的材料數(shù)量也減小了，這明顯降低了變壓器的整個成本和重量。
本發(fā)明也提供了有隔層交叉線圈的多層變壓器。在一個實施例中，多層變壓器包括多個層，它限定了布置在至少其中兩個層上的形成了變壓器磁芯的磁芯區(qū)域，初級線圈布置在第一層上，次級線圈布置在第二層上，第一和第二層布置得彼此靠近，這樣初級線圈和次級線圈以從一層到另一層的隔層交叉關系布置。
還是在一個實施例中，變壓器還包括第一多個連接層間初級線圈的互連通路和連接層間次級線圈的第二多個互連通路。
在一個實施例中，第一和第二互連通路布置在極靠近變壓器磁芯中心。
另外在一個實施例中，初級線圈的開始端和結束端布置在變壓器一端的多層的相同末端層中。
還是在一個實施例中，多層變壓器的次級線圈的開始端和結束端布置在變壓器一端的多個層的相同端層。
還是在一個實施例中，多層變壓器的初級線圈和次級線圈的開始端和結束端布置在變壓器一端的多個層的相同末端層。
在一個實施例中，變壓器的多層是鐵磁體共焙燒-陶瓷帶。共焙燒-陶瓷帶由低溫共焙燒-陶瓷制作(LTCC)。
在另一個實施例中，共焙燒-陶瓷帶由高溫共焙燒-陶瓷(HTCC)材料制作。
還是在一個實施例中，初級和次級線圈是各自布置在磁芯中的至少第一和第二層上的初級和次級電傳導元件，通過在第一和第二層間的通路把在第一層上的初級電傳導元件的一個端部連接到在第二個其中一層的次級電傳導元件的一個端部，第一和第二層互相靠近，電傳導元件通常垂直于磁芯的磁通線，布置在最靠近通路上的一部分第一電傳導元件平行于布置在最靠近通路上的第二電傳導元件，這兩個部分在相反的方向傳導相等的電流，這樣基本上消除了環(huán)繞通路的磁效應。
另外在一個實施例中，布置在相鄰層上的初級和次級線圈由第一距離分開，第一距離小于第二距離，該第二距離是在相同層上初級線圈的初級電傳導元件的兩個相鄰部分間的間距。
另外在一個實施例中，布置在相鄰層上的初級和次級線圈由第一距離分開，第一距離小于第二距離，該第二距離是在相同層上次級線圈中的次級電傳導元件的兩個相鄰部分間的間距。
另外在一個實施例中，布置在相鄰層上的初級和次級線圈由第一距離分開，第一距離小于第二距離，該第二距離是在初級和次級線圈各自的初級和次級電傳導元件間的間距。
另外在一個實施例中，初級線圈是螺旋型。
另外在一個實施例中，次級線圈是螺旋型。
還在一個實施例中，布置在至少第一層上的初級線圈產生初級磁通量，并且布置在至少次級層上的次級線圈由初級磁通量耦合到初級線圈上。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是來自變壓器的磁通線不會明顯地改變，因為圍繞通路的第一和第二電傳導元件中的凈電流為零。因此，沒有明顯的雜散磁場引入到變壓器磁芯區(qū)域。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是線圈間的磁耦合明顯地改進。
本發(fā)明也提供了平衡的多層變壓器。在一個實施例中，變壓器包括至少一層并且在這至少一層上布置有線圈，線圈產生磁通量，由線圈形成磁芯區(qū)域，磁芯區(qū)域基本上垂直于磁通量。在至少一層的頂部布置平板，平板提供對磁通量的返回路徑，其中由磁通量覆蓋的總的平板橫截面區(qū)域比由磁通量覆蓋的磁芯區(qū)域基本相等。
本發(fā)明也提供了平衡的多層變壓器。在一個實施例中，變壓器包括至少一層并且在這至少一層上布置有線圈，線圈產生磁通量，由線圈形成磁芯區(qū)域，磁芯區(qū)域基本上垂直于磁通量。在至少一層的頂部布置平板，平板提供對磁通量的返回路徑，其中由磁通量覆蓋的總的平板橫截面區(qū)域比由磁通量覆蓋的磁芯區(qū)域大。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是的平衡變壓器實現(xiàn)了具有平衡橫截面區(qū)域，這樣對于給定尺寸的磁通量密度最大。
本發(fā)明也提供了用于陶瓷變壓器的鐵磁體材料。在一個實施例中，材料包括鎳-銅-鋅-氧化鐵(NiCuZnFeO)，其中鐵氧體(FeO)含量是總的WT％的40％-60％。鐵磁體材料也包含數(shù)量只是總(重量)Wt％的1％的鉍(Bi)，和數(shù)量只是總量Wt％的10％的氧化鋅(ZnO)，其中在焙燒后陶瓷變壓器的氧化鋅微粒尺寸小于10μm。
這些和各種其它表示本發(fā)明特性的創(chuàng)新優(yōu)點和特征由附加的并形成說明書一部分的權利要求指出。但是，為了更好地理解本發(fā)明，它的優(yōu)點，和采用它所得到的產品，并且伴隨描述的問題，制作了另外形成說明書一部分的附圖作為參考，其中根據本發(fā)明示出和描述了裝置的特定例子。


現(xiàn)在參考附圖，其中相同的參考數(shù)字一直代表相應的部分圖1A，B示出了常規(guī)線繞變壓器的側面圖和橫截面圖。
圖2示出根據本發(fā)明較佳實施例的多層變壓器頂層平面圖。
圖3示出根據本發(fā)明較佳實施例的示出在一個極性中電流的變壓器線圈層。
圖4是根據本發(fā)明較佳實施例的示出在圖3相對極性中的另一個變壓器線圈層。
圖5根據本發(fā)明較佳實施例示出的在堆式布置中的如圖3和4所示的兩個變壓器線圈層，進一步描述了在各層的電流和相應的磁通線。
圖6A，B示出在常規(guī)多層變壓器一層上的有分離的初級和次級線圈的磁通線路徑。
圖7A，B根據本發(fā)明較佳實施例示出在極靠近多層變壓器分離層上的磁通線路徑和第一和第二線圈。
圖8A，B根據本發(fā)明較佳實施例示出多層變壓器的一層和橫截面區(qū)域的平面圖。
圖9示出根據本發(fā)明較佳實施例的多層變壓器的部分分解圖。
圖10示出根據本發(fā)明較佳實施例的平衡多層變壓器的區(qū)域。
圖11A，B和C根據本發(fā)明較佳實施例示出不同螺旋線圈圖案三個例子的平面圖。
在下面描述的較佳實施例中，進行了形成說明書一部分的附圖的引用，其中通過可以實施本發(fā)明的特定實施例示出。可以理解在不背離本發(fā)明范圍時可以使用其它實施例并且可以作出制造結構的改變。
圖1A示出常規(guī)變壓器的側面圖，描述了有開始引線46和末端引線48的線圈，它們纏繞絕緣繞線管44幾次。線圈包括絕緣導線。通過線圈46和48的電流產生了磁場。磁通線垂直于線圈。通過讓磁通線通過有低磁阻，即阻力的可透過磁性的芯42來建立磁通線用這個方法產生的磁通線，是集中的即加強的。為了進一步保證低磁阻，在磁芯42中建立封閉的磁路徑40。通常常規(guī)變壓器的其它例子有兩個或更多的線圈，包括初級和次級的線圈，到磁芯需要至少四個引線接頭。
圖1B示出圖1A中常規(guī)變壓器的橫截面區(qū)域A-A的剖面圖。磁芯橫截面區(qū)域垂直于磁通線路徑40(圖1A)。優(yōu)化磁芯橫截面區(qū)域42的整個尺寸來匹配磁芯材料最佳磁線密度規(guī)格和諸如電感的應用中的電學需要，這是重要的。也包括對線圈區(qū)域50的進一步描述并澄清線圈纏繞在線圈磁芯42部分并且不通過磁芯42的中心部分。
圖2示出根據本發(fā)明較佳實施例的多層變壓器的頂層。多層變壓器的頂層61可以包括四個導電的接線墊片和四個導電直通孔，稱作通道60。導電的接線墊片各自對應于初級線圈開始引線和初級線圈末端引線52，54。其它導電的接線墊片56，58各自對應于次級線圈開始引線和次級線圈末端引線。頂部平板61和后面的所有層可以由鐵氧體帶材料制造，諸如低溫cofire陶瓷(LTCC)材料或高溫cofire陶瓷(HTCC)材料，等等。通過傳導通路60在幾層間可以布置和互連初級和次級線圈。主級和次級線圈的開始和末端引線在平板61的外部表面63上終止。傳導通道60通常朝向平板61的內部部分。在這個實施例中，在相同的平板上布置用于初級線圈和次級線圈的接線墊片?？梢岳斫獬跫壘€圈和次級線圈的接線墊片可以布置到不同的平板或層上。
在圖3中，示出了根據本發(fā)明的較佳實施例的多層變壓器。在鐵氧體帶基層上印刷傳導材料來形成電傳導元件或線圈62。電流流過線圈62產生垂直于并且圍繞線圈62的磁場64。通過電流的方向確定磁場64的極性。多層變壓器各個相繼的層具有相似的線圈。各個線圈有一個或更多個帶有開始端和結束端的匝并且通過傳導通道60電連接到傳導接線墊片52，54，56，或58(圖2)?？梢岳斫庥山o定的變壓器規(guī)格確定每個初級和次級線圈的匝數(shù)。線圈62把鐵氧體基層分成內部磁芯部分68和外部磁芯部分66。傳導通道60較佳地位于內部磁芯部分68來減小變壓器的尺寸?？梢岳斫馔ǖ阑驇讉€通道可以被布置在內部磁芯68的外面。因此，在一個較佳的實施例中，所有傳導通道可以從層76通過內部磁芯部分68傳到鄰近層74(圖4和5)。通過內部磁芯部分68利用通道60來互連傳導線圈62明顯地減小了變壓器的整個體積而不會不利地影響變壓器的磁性質。
圖4示出了根據本發(fā)明較佳實施例的多層變壓器的層74。傳導線圈72印刷到鐵氧體帶基層上。電流流過線圈72產生垂直于并且環(huán)繞線圈72的磁場70。通過電流的方向確定磁場70的極性并且它與在變壓器相鄰層76(圖3)上產生的磁場64(圖3)的極性相反。線圈72有一個或更多的匝。線圈的開始端和結束端可以電連接到通過傳導通道60的傳導接線墊片52，54，56，或58(圖2)。線圈72把層74的鐵氧體帶基層分成內部磁芯部分69和外部磁芯部分67。傳導通路60較佳地位于內部磁芯部分69。因此，所有傳導通路可以通過從層74到層76的內部磁芯部分69。類似地，由給定的變壓器規(guī)格確定每個初級和次級線圈的匝數(shù)。
根據本發(fā)明的這個較佳實施例，圖5進一步示出多層變壓器的層76和層74。層76和74可以是多層變壓器的兩個相鄰的層，或是兩個層的變壓器。層76的傳導線圈62通過采用傳導通路60電連接到層74的傳導線圈72。電流流過線圈62，產生了磁場64，磁場與由層74上的傳導線圈72產生的磁場70的極性相反。磁場64和70的極性包圍了一部分傳導線圈62和72，極性位于變壓器的中間磁芯區(qū)域，方向彼此相反從而互相抵消。所以，在磁芯區(qū)域中心的凈磁場為零。這個特點使得互連線圈通過多層變壓器的中間磁芯區(qū)域時不會不利地影響它的磁特性。另外，變壓器的整個體積和成本也可以減小。
本發(fā)明的這個較佳實施例提供了平衡的，多層變壓器，而符合擊穿電壓的安全標準或需要。在用戶的設備和電話線之間要連接變壓器的某些應用中可能需要高達1500VAC的絕緣保護。在初級線圈和次級線圈間的絕緣電壓常常需要大約1.6倍的值而沒有多的漏電通過變壓器。在一個較佳的實施例中，多層變壓器可以包括厚度為0.0035英寸的層。層的厚度基本上等于初級線圈和次級線圈之間的距離。層厚度是在線圈中良好得到的磁耦合和提供足夠的絕緣保護之間折衷的函數(shù)。例如，在線圈間的較厚層比較薄層的絕緣性好。但是，因為線圈是進一步分開的，所以對較厚層的磁耦合比對較薄層上的磁耦合差。
為了改善在多層變壓器中的初級和次級線圈間的磁耦合和絕緣特性，本發(fā)明也為變壓器提供改進的材料。在一個較佳實施例中，材料包括有大約50％重量的鐵氧體(FeO)的鎳鐵氧體基本材料(NiCuZnFeO)。為了增加絕緣保護即絕緣電壓，在基層材料的合成物中存在的Bi要減小到微量而Zn的百分比含量也減小了?；鶎硬牧洗篌w上是半導體。通過減小在合成物中的Zn含量，并且把Zn顆粒磨成直徑尺寸小于5-10μm，由此得到的閾值電壓來控制漏電流到可接受的程度已是足夠地高了。合成物中使用的Zn的實際百分比含量依賴于諸如Zn微粒直徑尺寸，在合成物中的雜質數(shù)量，以及在變壓器層的初級和次級線圈間的整個厚度之類的因子。例如，在較佳的有厚度為0.0035英寸的實施例中，Zn含量小于Wt％(重量百分比)的10％而小于At％(原子量百分比)的4％。可以理解可以基于特定應用所需的最小絕緣電壓和漏電流可以使用不同的層厚度。為了符合不同的需要，Zn微粒直徑尺寸，含量百分比，和層厚度可以在本發(fā)明的范圍之內作出相應的調整或改變。
通常，改進變壓器的單個線圈間的耦合系數(shù)也需要控制單個線圈的物理設計。在圖3-5中描述了通過減小各個陶瓷層的厚度和通過中間磁芯區(qū)域進行耦合把線圈在物理上靠近在一起。線圈靠得越近，通過各個線圈的磁通線就越多，從而增加了變壓器的耦合系數(shù)并且產生了電信號的較好轉換。
圖6A和B示出了有長的磁路98的常規(guī)變壓器96的切面圖和橫截面圖，并且導致在初級線圈100和次級線圈102之間的不良耦合。圖6B進一步示出初級線圈100到次級線圈102之間必需保持防止絕緣擊穿的距離X。在常規(guī)的變壓器中，X也是在相同層上兩個線圈間的距離。
根據本發(fā)明的這個較佳實施例，圖7A和B示出變壓器110的放大圖和橫截面圖。在這個變壓器中，示出了更短的磁路112，它導致了在初級線圈182和次級線圈184之間的良好耦合。在本發(fā)明的這個較佳實施例中，布置初級和次級線圈的設計，使得最大數(shù)目的磁通線112從磁芯區(qū)域中心通過初級線圈182并且耦合到次級線圈184上。如圖7A，B所示的良好耦合的圖案可以通過隔層交叉初級線圈182和次級線圈184得到。另外，各個線圈182，184有螺旋型來保持平衡的變壓器結構并且把線圈間的距離減到最小。在一個實施例中，線圈可以是有環(huán)形角直線螺旋圖案的或曲線螺旋圖案的。圖7A進一步示出了安裝在主要或次級線圈層頂部的平板118。
另外，在根據本發(fā)明的這個較佳實施例中，距離Y要選擇得小于距離X(圖6B)。距離X(圖6B)的范圍從0.005英寸到0.100英寸，在一個較佳實施例中范圍可以從0.006英寸到0.050英寸，而在另外一個較佳實施例中范圍可以從0.006英寸到0.010英寸。距離Y，也就是，在任意兩個相鄰線圈中的垂直間距，選擇為小于X(圖6B)來優(yōu)化電絕緣和磁耦合特性。線圈越近，耦合越強。
圖8A示出由線圈120形成的有磁芯區(qū)域114的變壓器層122的平面圖。圖8B根據本發(fā)明的這個較佳實施例，示出多層變壓器的幾層橫截面區(qū)域的切面圖。在圖8B中，示出了初級線圈層158，162和各自的初級線圈159，161，次級線圈層160，164和各自的次級線圈161，165，頂部平板156和底部平板166。
圖9是多層平衡變壓器132的放大圖，示出了端部蓋(頂層)124，底部蓋(底層)176，分別有初級線圈126和128的初級線圈層168，170，和分別有次級線圈178和180的次級線圈層172，174，和傳導通路130。在根據本發(fā)明的這個較佳實施例中，初級線圈層168和170堆在交替的相鄰層上。初級線圈126和128基本上在各自的頂部對準。類似地，次級線圈層172和174堆到交替的相鄰層上。次級線圈178和180基本上布置在各自的頂部對準。另外，初級線圈126和128以及次級線圈178和180以隔層交叉關系布置到不同層上，并且基本上相互對準來達到在多層變壓器中的最佳磁耦合。隔交層初級和次級線圈可以理解存在許多布置。
作為一個實例，表1示出了可以用于隔層交叉初級和次級線圈的六種不同組合，其中線圈有不同的匝數(shù)。在表1中，“P/x”指總的初級匝數(shù)并且“S/x”指總的次級匝數(shù)，其中x是那個線圈的總的匝數(shù)。
表1

可以理解可以使用許多其它布置來隔層交叉初級和次級線圈。
圖10是示出多層變壓器的幾個橫截面區(qū)域切面圖的變壓器層116的平面圖。圖10示出內部磁芯區(qū)域214，總的頂部平板的兩個側面區(qū)域218，傳導線圈220的區(qū)域，和層216的外部橫截面區(qū)域222。由磁通線覆蓋的頂部平板橫截面區(qū)域包括頂部平板區(qū)域218的所有4側(只有兩側示出)。
在圖10中示出的參數(shù)確定了變壓器的整個電感?？梢杂孟旅娴墓接嬎汶姼蠰＝(0.4πN2Aμ)/l*108其中N是由線圈確定的匝數(shù)，A是內部磁芯橫截面面積214，μ是磁芯的導磁率，并且l是平均磁路長度。本發(fā)明多層變壓器的整個橫截面區(qū)域是平衡的，這樣，對已給定的變壓器尺寸使磁場達到最大。平衡的磁芯橫截面區(qū)域提供了平衡的變壓器，因為當磁通線通過平板橫截面區(qū)域回來，通過變壓器層和通過變壓器磁芯橫截面區(qū)域反回時，磁路不在任意方向上受到約束。
在一個較佳實施例中，由磁通線覆蓋的總的平板橫截面區(qū)域218包括所有四個側面并且基本上等于由磁通線覆蓋的磁芯區(qū)域214。
在另一個實施例中，由磁通線覆蓋的總的平板橫截面區(qū)域218包括所有的四側并且大于由磁通線覆蓋的磁芯區(qū)域214。
圖11A，B和C是根據本發(fā)明這個較佳實施例的三個不同線圈圖案的平面圖。這些圖案是直線螺旋圖案148，有環(huán)形角152的直線螺旋圖案150，和曲線螺旋圖案154。有環(huán)形角的直線圖案150和曲線圖案154通過在提供所需匝數(shù)時減小螺旋線圈的總平板區(qū)域來幫助降低微量電容量。在制造過程中，圓形角或曲線螺旋也幫助減小線圈的兩個傳導部段間的短電可能性。
圖1A和B示出的常規(guī)線繞變壓器有長的分離磁芯42(圖1A)和線圈區(qū)域50(圖1B)。相對磁芯42(圖1A)放置線圈是困難的。在本發(fā)明的這個較佳實施例中，這些限制被克服了，將傳導線圈62，72(圖5)通過傳導通道60(圖2，3，4，5)和通過多層陶瓷變壓器的中心磁芯區(qū)域68，69(圖3和4)來得到緊湊的尺寸，在線圈間良好的電感耦合，并且滿足了安全規(guī)則。
本發(fā)明的這個較佳實施例可以使用共焙燒陶瓷技術。一個例子是使用低溫共焙燒陶瓷技術(LTCC)。另一個例子是使用高溫共焙燒陶瓷技術(HTCC)。把磁芯和電絕緣體澆鑄成一個帶并且由一種鐵氧體材料制成。如果必需的話，帶基本上切割成包含定位孔的薄片。作為層間傳導互連使用的通道可以采用各種在陶瓷混合電路制造工藝上公知的技術在鐵氧體帶上形成的孔洞。通過用傳導材料基本上填充孔洞使通道成為導電的，傳導材料諸如銀(Ag)，鈀銀(PdAg)，鉑鈀銀(PtPdAg)，或其它在混合電路制造工藝中通常使用并公知的呈膠或油墨形式的其它傳導材料。采用類似的傳導元件或合成物在鐵氧體帶上沉積傳導變壓器線圈。傳導通路由此結束并且電連接到線圈上。通路和線圈可以位于變壓器層的中心磁芯區(qū)域中。在圖9所示的形成多層變壓器結構的過程中，伴隨適當排列的通路，接著可以把單個包括填充通路和沉積傳導線圈圖案的鐵氧體帶層堆積到其它層的頂部來保證在各種層間的電連接。接著在諸如加熱和壓力等等的條件下，可以把堆起來已調整的層熔合一起，并且接著在一個爐中焙燒整個結構，這樣形成均勻的單片電路鐵氧體多層變壓器。焙燒溫度的范圍從1300℃到800℃。在一個較佳的實施例中，焙燒溫度的范圍可以從1000℃-1200℃，或更適宜地在1100℃附近。
使用這里揭示的工藝，可以同時制造大批量的變壓器，以致通過在鐵氧體材料的薄片上形成大陣列的通路和傳導線圈可以大批量進行制造它們。在爐中焙燒前或后可以單獨取出單個變壓器。
當然，工藝上的能手可以理解在不背離本發(fā)明精神時在這個工藝中可以進行許多修改。
本發(fā)明較佳實施例的以上描述是為了演示和描述。這不意味著無遺漏或限制本發(fā)明到所揭示的精確形式。從以上述的觀點來看，可以有許多的修改和變化。這意味著本發(fā)明的范圍不由這個詳細描述限制，而是由附加的權利要求限制。
權利要求
1.一種變壓器，有多層帶結構，其特征在于，包括一種多層，它限定了形成變壓器磁芯的布置在至少兩個層上的磁芯區(qū)域；初級線圈布置在至少其中一個層上；次級線圈布置在至少其中一個層上；第一多個互連通路連接在層間的初級線圈；和第二多個互連通路連接在層間的次級線圈，其中第一和第二互連通路布置在變壓器磁芯的極靠近中心處。
2.如權利要求1所述的變壓器，其特征在于，這些層由共焙燒-陶瓷材料制造。
3.如權利要求2所述的變壓器，其特征在于，共焙燒陶瓷材料是低溫-共焙燒-陶瓷(LTCC)材料。
4.如權利要求2所述的變壓器，其特征在于，共焙燒-陶瓷材料是高溫共焙燒-陶瓷(LTCC)材料。
5.一種多層變壓器，其特征在于，包括多個層，它限定了形成變壓器磁芯的布置在至少兩個層上的磁芯區(qū)域；布置在第一層上的初級線圈；布置在第二層上的次級線圈；互相靠近布置的第一和第二層，使得初級線圈和次級線圈以從一層到另一層的隔層交叉關系布置。
6.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，還包括第一多個連接層間初級線圈的互連通路；和連接層間次級線圈的第二多個互連通路。
7.如權利要求6所述的多層變壓器，其特征在于，其中第一和第二互連通路布置在變壓器磁芯的極靠近中心處。
8.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，其中線圈的開始和結束端布置在變壓器多個層的相同層上。
9.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，其中線圈的開始端和結束端布置在變壓器多個層的相同層上。
10.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，其中線圈和次級線圈的開始端和結束端布置在變壓器多個層的相同層上。
11.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，其中多個層是鐵磁體共焙燒-陶瓷帶。
12.如權利要求11所述的多層變壓器，其特征在于，其中鐵磁體共焙燒-陶瓷帶由低溫共焙燒-陶瓷制作(LTCC)。
13.如權利要求11所述的多層變壓器，其特征在于，其中鐵體共焙燒-陶瓷帶由高溫共焙燒-陶瓷(HTCC)材料制作。
14.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，其中隔層交叉的初級和次級線圈基本上彼此對準。
15.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，其中初級和次級線圈是各自布置在磁芯中的至少第一和第二層上的初級和次級電傳導元件，通過在第一和第二層間的通路把在第一層上的初級電傳導元件的一個端部連接到在第二層的次級電傳導元件的一個端部，第一和第二層互相靠近，電傳導元件通常垂直于磁芯的對通線，布置在極靠近通路上的一部分第一電傳導元件平行于布置在極靠近通路上的第二電傳導元件，兩個部分在相反的方向傳導相等的電流，這樣基本上消除了環(huán)繞通路的磁效應。
16.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，其中布置在相鄰層上的初級和次級線圈由第一距離分離，第一距離小于第二距離，第二距離是在相同層上初級線圈中的初級電傳導元件的兩個相鄰部分間的間距。
17.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，其中布置在相鄰層上的初級和次級線圈由第一距離分離，第一距離小于第二距離，第二距離是在相同層上次級線圈中的次級電傳導元件的兩個相鄰部分間的間距。
18.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，其中布置在相鄰層上的初級和次級線圈由第一距離分離，第一距離小于第二距離，第二距離是在初級和次級線圈各自的初級和次級電傳導元件間的間距。
19.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，其中初級線圈是螺旋型。
20.如權利要求5所述的多層變壓器，其特征在于，其中次級線圈是螺旋型。
21.如權利要求15所述的多層變壓器，其特征在于，其中布置在至少第一層上的初級線圈產生初級磁通量；并且布置在至少次要層上的次級線圈由初級磁通量耦合到初級線圈上。
22.一種平衡的多層變壓器，其特征在于，包括至少一層；布置在這至少一層上的線圈，線圈產生磁通量；和由線圈形成磁芯區(qū)域，磁芯區(qū)域基本上垂直于磁通量；和布置在至少一層的頂部平板，平板對磁通量提供返回路徑，其中由磁通量覆蓋的總的平板橫截面區(qū)域比由磁通量覆蓋的磁芯區(qū)基本相等。
23.一種平衡的多層變壓器，其特征在于，包括至少一層；布置在這至少一層上的線圈，線圈產生磁通量；和由線圈形成磁芯區(qū)域，磁芯區(qū)域基本上垂直于磁通量；和布置在至少一層頂部的平板，平板對磁通量提供返回路徑，其中由磁通量覆蓋的總的平板橫截面區(qū)域比由磁通量覆蓋的磁芯區(qū)域大。
24.一種用于陶瓷變壓器的鐵磁體材料，其特征在于，包括鎳-銅-鋅-鐵氧體(NiCuZnFeO)，其中鐵氧體(FeO)含量是總的WT％的40％-60％；占總(重量)Wt％的1％的鉍(Bi)；和占總重量Wt％的10％的氧化鋅(ZnO)，其中在陶瓷變壓器焙燒后的氧化鋅微粒尺寸小于10μm。
全文摘要
用于制造多層變壓器(132)的制造方法，裝置，和成品，包括了有布置在各層的磁芯區(qū)域(114)的多個層(168－174)形成變壓器的磁芯，變壓器有布置在至少其中一層上的初級線圈(126，128)，和布置在至少其中一層上的次級線圈(178，180)。多個互連通路(130)連接層間的初級線圈，并且第二多個互連通道(130)連接層間的次級線圈。在變壓器極靠近磁芯的中心布置互連通路，這樣，減小了變壓器的整個體積，尺寸，重量，和成本而符合標準絕緣安全需要。
文檔編號H01F17/00GK1452774SQ00819460
公開日2003年10月29日 申請日期2000年4月24日 優(yōu)先權日1998年7月6日
發(fā)明者D·A·埃布爾, J·E·格拉鮑, D·J·J·勒瓦瑟, D·B·里格登, R·W·韋策爾 申請人:密德康姆股份有限公司