Чип-индуктивность для автоматизированного поверхностного монтажа

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкциям катушек индуктивности, применяемых в колебательных контурах аппаратуры связи.

В современном мире одна из тенденций в создании электронных устройств заключается в уменьшении размеров и веса устройства. По этой причине растет спрос на чип-индуктивность (катушку индуктивности) малого размера и веса с возможностью ее автоматизированного монтажа. Такие тонкопроволочные высокочастотные чип-индуктивности для поверхностного монтажа межвидового применения с диапазоном индуктивностей от 1 нГн до 22 мкГн используют, в частности, в конструкциях высокочастотных фильтров, в логарифмических узкополосных усилителях, усилителях мощности, электронных генераторах, управляемых напряжением, в фазогенераторах, схемах задержки. В базовой конструкции чип-индуктивность содержит каркас, состоящий из сердечника и фланцев, проволочную обмотку с изоляцией, выводы на фланцах и защитное покрытие из полимерного материала. Каркас выполнен из диэлектрического материала (чаще всего феррита или керамики) и предназначен, в частности, для закрепления на нем обмотки. В случае магнитного каркаса сердечник предназначен также для сосредоточения в нем магнитного потока. Вывод представляет собой элемент, предназначенный для электрического соединения чип-индуктивности с другими элементами колебательного контура устройства. Покрытие из полимерного материала защищает обмотку от механических повреждений при монтаже и эксплуатации, фиксирует витки обмотки между собой и на каркасе, способствует надежному захвату чип-индуктивности манипулятором при ее монтаже на плате и дополнительно изолирует электрические части устройства. Чип-индуктивность, выполненная в базовой конструкции, может иметь различные характеристики, такие как индуктивность, добротность, резонансная частота, которые зависят от способа намотки и материала каркаса.

Для надежного захвата чип-индуктивности присоской манипулятора при монтаже ее на печатную плату поверхность защитного покрытия чип-индуктивности должна быть гладкой и достаточно твердой. Гарантированность такого захвата особенно важна при автоматизированном монтаже, поскольку визуальный контроль процесса монтажа может отсутствовать. При этом упругоэластичные свойства защитного покрытия должны обеспечивать стабильную фиксацию витков обмотки между собой и на каркасе, а также неподвижность витков обмотки при внешних механических воздействиях, в том числе при надавливании манипулятором. Даже незначительное смещение витков обмотки друг относительно друга или относительно каркаса может привести к изменению предъявляемых к устройству характеристик, в частности к отклонению значения индуктивности от нормативной величины. Другим назначением полимерного покрытия является дополнительная электрическая изоляция проволочной обмотки. При этом защитное покрытие должно быть устойчивым и к воздействиям, вызванным изменениями температуры окружающей среды по меньшей мере в диапазоне от -60 до +140°С - диапазоне температур, в которых происходит эксплуатация чип-индуктивностей. Колебания температуры способны разрушать защитное покрытие, вызывать изменение межвитковых расстояний из-за теплового расширения и сжатия, и в результате существенно изменить характеристики чип-индуктивности.

Известна чип-индуктивность, патент US 6154112, опубл. 28.11.2000, H01F 27/292; Н05К 3/3442, включающая каркас, состоящий из сердечника и фланцев, проволочную обмотку с изоляцией, выводы на фланцах, внешнее защитное покрытие из полимерного материала. Защитное покрытие покрывает обмотку, имеет прямоугольное сечение, а материал покрытия относится к группе эпоксидных синтетических смол.

Известна чип-индуктивность, патент ЕР 0845792 В1, опубл. 11.02.2004, H01F 17/04; H01F 27/29; H01F 41/04, выбранная в качестве ближайшего аналога и включающая каркас, состоящий из сердечника и фланцев, проволочную обмотку с изоляцией, выводы на фланцах и защитное покрытие из полимерного материала. Защитное покрытие выполнено из эпоксидной смолы или аналогичного изолирующего материала и имеет ровную внешнюю поверхность для удобного захвата устройства манипулятором со стороны полимерного покрытия.

Недостатком известных устройств является недостаточная стойкость защитного покрытия к воздействиям изменений температуры окружающей среды в диапазоне от -60 до +140°С из-за неопределенности показателей упругости, твердости и предела прочности на разрыв используемого для его создания полимерного материала, что может приводить как нарушениям защитного покрытия, так и к существенным изменениям электрических характеристик устройства в целом.

Для предотвращения последствий описанных негативных воздействий необходимо применение защитных покрытий с такими показателями упругости, твердости и предела прочности на разрыв, которые бы обеспечивали устойчивость защитных покрытий при эксплуатации чип-индуктивностей.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - совершенствование конструкции чип-индуктивности.

Технический результат направлен на повышение стойкости защитного покрытия при эксплуатации чип-индуктивности в диапазоне температур от -60 до +140°С.

Технический результат достигается за счет того, что предложена чип-индуктивность для автоматизированного поверхностного монтажа, содержащая каркас, состоящий из сердечника и фланцев, проволочную обмотку с изоляцией, выводы на фланцах и защитное покрытие из полимерного материала, в которой защитное покрытие обладает твердостью по шкале Шор D от 60 до 80, упругостью со значением модуля Юнга в диапазоне от 10 до 14 ГПа и прочностью со значением предела прочности на разрыв от 450 до 600 кг/см².

На фиг. 1 изображен вид сбоку чип-индуктивности для автоматизированного поверхностного монтажа, на фиг. 2 - вид снизу.

Чип-индуктивность для автоматизированного поверхностного монтажа содержит каркас 1, состоящий из сердечника 2 и фланцев 3, проволочную обмотку с изоляцией 4, выводы 5 на фланцах и защитное полимерное покрытие 6. Каркас 1 выполнен из диэлектрического материала, например из керамики.

В предпочтительном варианте исполнения для создания защитного покрытия использована эпоксидная композиция, отверждаемая ультрафиолетовым излучением, которая после отверждения обладает твердостью по шкале Шор D, равной 70, упругостью со значением модуля Юнга, равным 12 ГПа, и пределом прочности на разрыв, равным 500 кг/см².

В качестве эпоксидной композиции использована композиция, например, следующего состава: эпоксидно-диановая смола (45-60%, предпочтительно 50%), модифицированная алифатическая смола (37-53%, предпочтительно 46%) и фотоинициатор - алифатический амин (0,1-5%, предпочтительно 4%). При этом значения упругости и твердости полимерного покрытия зависят от массовой доли модифицированной алифатической смолы в составе используемой эпоксидной композиции.

Экспериментальным путем было установлено, что при твердости по шкале Шор D в пределах от 60 до 80, упругости со значением модуля Юнга в пределах от 10 до 14 ГПа и пределе прочности на разрыв от 450 до 600 кг/см² обеспечивается стойкость защитного покрытия к воздействию изменениям температуры среды от -60 до +140°С.

Эксперименты проводили следующим образом: изготавливали чип-индуктивности с одинаковыми данными обмоток и материалом каркаса, но с разными значениями модуля Юнга, твердости по шкале Шор D и предела прочности на разрыв защитного покрытия.

Далее проводили испытания чип-индуктивностей на соответствие требованиям стойкости к воздействию изменениям температуры среды от -60 до +140°С по методу 205-1 ГОСТ PB 20.57. Испытания проводились на базе производственной площадки ОАО «НПО «ЭРКОН», г. Н.Новгород, на испытательных установках.

В ходе исследований установлено, что после воздействия по методу 205-1 ГОСТ PB 20.57 при твердости по шкале Шор D от 60 до 80, упругости со значением модуля Юнга в пределах от 10 до 14 ГПа и пределе прочности на разрыв от 450 до 600 кг/см² защитное покрытие обладает хорошей адгезией как к обмотке, так и к каркасу. При этом температурные изменения не приводят к таким деформациям или разрушению покрытия и изменению положения витков обмотки, которые бы существенным образом сказывались на электромагнитных характеристиках чип-индуктивности.

При твердости и упругости защитного покрытия, отличных от заявленных, образуются микротрещины, адгезионная и ударная прочность защитного покрытия уменьшается и в ряде случаев происходит отслоение защитного покрытия. Это приводит к изменению индуктивности более чем на 10% и потере покрытием защитных свойств.

Защитное покрытие для лучшей визуализации изделия во время эксплуатации может быть окрашено, например, в синий цвет. Для этого в эпоксидную композицию добавляют в нужном количестве химический краситель.

Нанесение защитного покрытия на чип-индуктивность осуществляют следующим образом. Каркас чип-индуктивности со сформированной на нем обмоткой окунают в форму, в которую предварительно помещают необходимую дозу эпоксидной композиции. Потом проводят ультрафиолетовое облучение, а после выдавливают из формы готовое изделие.

Таким образом, по сравнению с ближайшим аналогом заявляемая конструкция чип-индуктивности обладает повышенной стойкостью защитного покрытия к изменению температуры среды от -60 до +140°С.

Чип-индуктивность для автоматизированного поверхностного монтажа, содержащая каркас, состоящий из сердечника и фланцев, проволочную обмотку с изоляцией, выводы на фланцах, защитное покрытие из полимерного материала, отличающаяся тем, что защитное покрытие обладает твердостью по шкале Шор D от 60 до 80, упругостью со значением модуля Юнга в диапазоне от 10 до 14 ГПа и прочностью со значением предела прочности на разрыв от 450 до 600 кг/см².