DD290738A5 - TRANSMIT AND / OR RECEIVER COIL FROM MULTIVILLATE PLATE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung fuer Sende- und/oder Empfangsspule aus Mehrebenenleiterplatte, die durch Nutzung moderner Fertigungstechnologien reproduzierbare Werte von Induktivitaet, Ohmschen Widerstand und Guete besitzt und damit den Abgleich zugeordneter elektrischer Schaltungen eruebrigt oder vereinfacht. Die Erfindung ist durch die starre Ausfuehrung z. B. fuer Anwendungen mit erhoehten mechanischen Belastungen geeignet. Die Erfindung ist vorzugsweise als Sende- und/oder Empfangsantenne anwendbar. Die Erfindung ist weiterhin anwendbar als Sondenspule in hochempfindlichen Geraeten zur annaehernd punktgenauen Ortung von Koerpern mit groszer elektrischer Leitfaehigkeit. Die Anordnung besteht aus einer Mehrebenenleiterplatte, wobei Ebenen mit Leiterzuegen als Windungen und Isolierebenen sich abwechseln und die Windungen untereinander mittels Durchkontaktierungen verbunden sind. Einzelne oder mehrere Windungen werden durch die Anordnung der Durchkontaktierungen zu elektrisch voneinander getrennten Spulenwicklungen zusammengefaszt. Die Anordnung von Ebenen mit leitenden Flaechen oder Baendern zwischen Spulenwicklungen und/oder als Auszenebene dienen als elektrische Abschirmung. Die Erprobung einer erfindungsgemaeszen Anordnung bestaetigt die erfolgreiche Realisierung der technischen Zielstellung. Fig. 1 und 2{gedruckte Spule; Mehrebenenleiterplatte; Durchkontaktierung; reproduzierbare Parameter; Sendespule; Empfangsspule; Sondenspule}The invention relates to an arrangement for transmitting and / or receiving coil of multilevel printed circuit board, which has reproducible values of inductance, ohmic resistance and goodness through the use of modern manufacturing technologies and thus eliminates or simplifies the comparison of associated electrical circuits. The invention is achieved by the rigid execution z. B. suitable for applications with increased mechanical loads. The invention is preferably applicable as a transmitting and / or receiving antenna. The invention can also be used as a probe coil in highly sensitive devices for the near-point location of bodies with a high electrical conductivity. The arrangement consists of a multi-level printed circuit board, wherein levels with Leiterzuegen as turns and insulating planes alternate and the windings are interconnected by means of vias. Single or multiple turns are summarized by the arrangement of the vias to electrically separate coil windings. The arrangement of planes with conductive surfaces or bands between coil windings and / or as a Auszenebene serve as electrical shielding. The testing of a device according to the invention confirms the successful realization of the technical objective. Fig. 1 and 2 {printed coil; Multilayer PCB; via; reproducible parameters; Transmitting coil; Receiving coil; Pickup coil}
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung, die durch Nutzung moderner Fertigungstechnologien reproduzierbare Werte von Induktivität, Ohmschen Widerstand und Güte besitzt und damit den Abgleich zugeordneter elektrischer Schaltungen erübrigt oder vereinfacht. Der Erfindung ist dorch die starre Ausführung z. B. für Anwen lungen mit erhöhten mechanischen Belastungen geeignet.The invention relates to a coil arrangement which has reproducible values of inductance, ohmic resistance and quality by use of modern production technologies and thus eliminates or simplifies the adjustment of associated electrical circuits. The invention is dorch the rigid version z. B. suitable for appli conditions with increased mechanical loads.
Charakteristik dos bekannten Standes der TechnikCharacteristics of the known prior art
Bekannt sind Induktionsspulen in Form einer flexiblen, meist gedruckten, Leiterplatte. So beschreibt z. 8. DE-PS 906831 eine derartige Induktionsspule mit gedrucktem, gespritztem oder galvanisch niedergeschlagenem Leitstoff, bei der auf einem biegsamen Isolierband beliebig viole Spiralen beiderseits angebracht sind, die eine zusammenhängende ununterbrochene Leitung bilden, aus dem durch Falten eine Induktionsspule geformt Ist. DE-OS 2632039 beschreibt eine Spule in Form einer flexiblen gedruckten Leiterplatte, bei dor der Leiter ziokzackförmlg verläuft. Bekannt ist auch die Herstellung von Induktivitäten mit godruckten Schaltungen in der Dickschichttechnik, so z. B. im Dickschichtinduktor nach DE-OS 3222347, be! der die Leiterbahnen und ein forromagnetischor Kern aus siebdruckfähigen Pasten besteht.Induction coils in the form of a flexible, mostly printed, printed circuit board are known. So describes z. 8. DE-PS 906831 such induction coil with printed, sprayed or galvanically deposited conductive material, in which on a flexible insulating any viole spirals are mounted on both sides, which form a continuous uninterrupted line from which an induction coil is formed by folding. DE-OS 2632039 describes a coil in the form of a flexible printed circuit board, in which the conductor ziokzackförmlg runs. Also known is the production of inductors with printed circuits in the thick-film technology, such. B. in Dickschichtinduktor according to DE-OS 3222347, be! the conductor tracks and a forromagnetischor core consists of screen-printable pastes.
Alle die bekannten Spulenanordnungen mit gedruckton Schaltungen lösen die vorliegende Aufgabe nicht. Die erfindungsgemäße LÖ3ung erfordert eine starre Leiterplatte sowie eine spezielle Leitungsführung, die ebenfalls nur mit einer starren Mehrebenenleiterplatte realisiert werden kann.All the known coil arrangements with printed-tone circuits do not solve the present task. The invention LöÖung requires a rigid circuit board and a special wiring, which can also be realized only with a rigid multi-level circuit board.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spulenanordnung zu schaffen, die sich mit modernen Fertigungstechnologien herstellen läßt, reproduzierbare Werte von Induktivität, Ohmschen Widerstand und Giito im vorgesehenen Frequenzbereich besitzt und damit den Abgleich zugeordneter elektrischer Schaltungen erübrigt oder vereinfacht, Die Erfindung soll als mechanisch starro Ausführung vorzugsweise die Anwondung bei erhöhton mechanische·) Belastungen ermöglichen.The object of the present invention is to provide a coil assembly that can be manufactured with modern manufacturing technologies, reproducible values of inductance, ohmic resistance and Giito in the intended frequency range and thus eliminates the need for balancing associated electrical circuits or simplifies the invention as mechanical starro execution preferably allow the application at elevated mechanical loads.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Ausgehend von vorstehender Zielstellung besteht die Aufgabe, durch Anwendung des bekannten Prinzips der Mehrebenenleiterplatte eine Spulenanordnung vorzuschlagen, die mehrere Ebenen mit isoliert voneinander angeordneten Leiterbildern besitzt, sowie die Verbindung dieser Leiterbilder mittels durchkontaktierter Löcher ermöglicht, wobei die einzelnen Ebenen nicht zerstörungsfrei trennbar sind.Based on the above objective, the object is to propose a coil arrangement by using the known principle of the multi-level printed circuit board, which has several levels with insulated conductor images arranged, and allows the connection of these conductor images by means of plated holes, the individual levels are not nondestructive separable.
Erfindungsgemäß sind auf jeder Ebene der Mehrebenenanordnung die Leitungen konzentrisch angeordnet und durch Durchkontaktierungen mit den Leitungen auf den anderen Ebenen verbunden.According to the invention, the lines are arranged concentrically on each level of the multilevel arrangement and connected by plated-through holes with the lines on the other levels.
Die Anordnung besitzt keine ferromagnetischen Substanzen und ist damit vergleichbar einer gewickelten Luftspule. Sie hat die Form einer, vorzugsweise im Innern hohlen, Kreisringscheibe.The arrangement has no ferromagnetic substances and is thus comparable to a wound air-core coil. It has the form of a, preferably hollow, circular disk.
Die Leitungsführung der einzelnen Ebenen und die Verbindung der einzelnen Ebenen untereinander werden so gewählt, daß bei vorgegebenen äußeren Spulenabmessungen die Güte der Spule möglichst groß und die Umgebungseinflüsse möglichst geringThe routing of the individual levels and the connection of the individual levels with each other are chosen so that for given outer coil dimensions, the quality of the coil as large as possible and the environmental influences as low as possible
Eine hohe Güte wird erreicht durch einen geringen Ohmschen Widerstand der Leiterzüge, durch große Induktivität der Gosamtanordnung sowie, je nach verwendeter Frequenz, einer begrenzten parasitären Kapazität und geringer dielektrischer Verluste der Isolierung. Eine Minimierung oder Ausschaltung von Umgebungseinflüssen wird erreicht durch spezielle Leiterzugführung, Ebenenanordnung und/oder Materialwahl.A high quality is achieved by a low ohmic resistance of the conductor tracks, by large inductance of the Gosamtanordnung and, depending on the frequency used, a limited parasitic capacitance and low dielectric losses of the insulation. A minimization or elimination of environmental influences is achieved by special conductor routing, level arrangement and / or choice of material.
Die Parameter, die über die oben genannten Größen die Güte der Spule bestimmen, sind: Gesamtwindungszahl und Anzahl dnc Ebenen, Abmessungen des Bereiches der Leiterzüge, Stärke und Breite der Leiterzüge, Dicke der Gesamtanordnung sowie Eigenschaften der Isolationsschichten der Anordnung, insbesondere die Dielektrizitätskonstante, die dielektrischen Verluste und Einflüsse der Geometrie. Da einige Parameter auf mehrere Größen Einfluß haben und z.T. gegenläufig die Güte beeinflussen, sind sie entsprechend einer Optimierung gewählt. Dabei sind als Randbedingungen Werte für die äußeren Abmessungen, Masse und Volumen sowie der technologisch realisierbaren Anzahl der Ebenen berücksichtigt. Die Stärke der Leiterzüge ist vorzugsweise groß gewählt, da dadurch der Ohmsche Widerstand klein und die Güte groß wird, ohne daß eine wesentliche Abhängigkeit von anderen Parametern besteht.The parameters which determine the quality of the coil via the above-mentioned variables are: total number of turns and number of dnc planes, dimensions of the range of conductor tracks , thickness and width of the conductor tracks, thickness of the overall arrangement and properties of the insulation layers of the device , in particular the dielectric constant, the dielectric losses and influences of geometry. Since some parameters have influence on several quantities and partly influence the quality in opposite directions, they are chosen according to an optimization. In this case, values for the outer dimensions, mass and volume as well as the technologically realizable number of levels are taken into account as boundary conditions. The strength of the conductor tracks is preferably chosen to be large, since this makes the ohmic resistance small and the quality large, without there being any significant dependence on other parameters.
Die Spule als Mehrebenenspule ist z. B. kreisförmig. Sie kann jedoch auch einen vieleckigen, speziell quadratischen Querschnitt haben.The coil as a multilevel coil is z. B. circular. However, it can also have a polygonal, especially square cross-section.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe z. B. dadurch gelöst, daß der Spuienanschluß mit hohem Potential in eine extreme Lage einer Außenebene der Mehrebenenanordnung geführt wird. Die Leiterführung läuft sodann spiralförmig-konzentrisch zur anderen extremen Lage dieser Ebene und über eine Durchkontaktierung zur nächsten, benachbarten Ebene der Anordnung. In dieser zweiten Ebene läuft nun die Leiterführung ebenfalls spiralförmig-konzentrisch, jedoch mit dem entgegengesetzten Vorzeichen der Steigung. Eine weitere Durchkontaktierung führt auf die dritte Ebene. In diesem Sinne erfolgt die Leiterführung bis zur letzten Ebene, die anderen Außenebene, von der schließlich der Spulenanschluß mit dem niedrigen Potential weggeführt wird. Die Reihenfolge der Ebenen kann auch vertauscht sein.According to the task z. Example achieved in that the Spuienanschluß is performed with high potential in an extreme position of an outer plane of the multi-level arrangement. The conductor guide then spirals-concentric with the other extreme position of this plane and via a via to the next, adjacent level of the arrangement. In this second level, the ladder guide is now also spiral-concentric, but with the opposite sign of the slope. Another via leads to the third level. In this sense, the conductor guidance takes place up to the last level, the other outer level, from which finally the coil terminal is led away with the low potential. The order of levels can also be reversed.
In einer Variante der Erfindung wird zwischen den einzelnen Ebenen der Anordnung Isoliermaterial mit sehr niedriger Dielektrizitätskonstante und geringen dielektrische-) Verlusten eingesetzt, wenn die Spule bei solchen Frequenzen betrieben wird, bei denen eine parasitäre Kapazität zwischen den Leitungen bereits einen nicht mehr zu vernachlässigenden Einfluß auf die Güte bewirkt.In a variant of the invention, insulating material with a very low dielectric constant and low dielectric losses is used between the individual levels of the arrangement when the coil is operated at frequencies at which a parasitic capacitance between the lines already has an influence which can no longer be neglected the goodness causes.
In einer weiteren Variante der Erfindung wird durch die Anordnung der Durchkontaktierungen eine beliebige andere Reihenfolge der Ebenen oder Windungen realisiert.In a further variant of the invention, any other sequence of planes or turns is realized by the arrangement of the plated-through holes.
in einer weiteren Variante der Erfindung wird ein geschlitzter Schirm durch Leiterzüge oder ein geschlossener Schirm durch Leiterflächen nachgebildet. Die Spule in Form der Mehrebenenleiterplatte benötigt dazu weitere Ebenen. Diese Schirmebenen sind in diesem Falle vorzugsweise die die zu schirmenden Spulenwickel bedeckenden Außenabenen und können von den Spulenwicklungen durch zusätzliche Isolierebenen aus Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante zur Verringerung der parasitären Kapazitäten zwischen der eigentlichen Spulenwicklung und dem Schirm und mit geringen dielektrischen Verlusten getrennt werden.In a further variant of the invention, a slotted screen is simulated by conductor tracks or a closed screen by conductor surfaces. The coil in the form of the multi-level printed circuit board requires more levels. These shielding planes in this case are preferably the outer layers covering the coil turns to be shielded and can be separated from the coil windings by additional insulation layers of low dielectric constant material to reduce the parasitic capacitances between the actual coil winding and the shield and with low dielectric losses.
Der geschlitzte Schirm wird durch radial laufende Leiterzüge auf den AnRenebenen realisiert, die mittels Durchkontaktierungen zwischen der oberen und unteren Außenebene untereinander verbunden sind. Der geschlossene Schirm wird durch Leiterflächen realisiert, die mittels in vorzugsweise dichter Folge angeordneter Durchkontaktierungen an den Rändern dieser Leiterflächun untereinander verbunden sind. Die eigentlichen Spulenwicklungen sind damit nahezu allseitig von diesem Schirmkäfig umgeben, der vorzugsweise einseitig an den Spulenahschluß mit dem niedrigen Potential bzw. an Bozugspotential angeschlossen ist.The slotted screen is realized by radially running conductor tracks on the AnRenebenen, which are interconnected by means of vias between the upper and lower outer plane. The closed screen is realized by conductor surfaces, which are connected to each other by means of preferably arranged in close succession vias on the edges of Leiterüberun. The actual coil windings are thus surrounded on almost all sides by this screen cage, which is preferably connected on one side to the coil closure with the low potential or to Bozugspotential.
Eine weitere Variante der Erfindung stellt eine Spule dar, die zwischen dem Spulenanschluß mit hohom Potential und dem Spulenanschluß mit niedrigem Potential weitere Spulenanschlüsso besitzt und daß einzelne und/oder mehrere Windungen zu elektrisch voneinander getrennten Spulenwicklungen zusammengefaßt werden.A further variant of the invention is a coil which has further Spulenanschlüsso between the coil terminal with high potential and the coil terminal with low potential and that individual and / or multiple turns are combined to electrically separate coil windings.
Die Erfindung ist vorzugsweise als Sende- und/oder Empfangsantenne anwendbar. Die Erfindung ist weiterhin anwendbar als Sondenspule in hochempfindlichen Geräten zur annähernd punktgenauen Ortung von Körpern mit großer elektrischer Leitfähigkeit.The invention is preferably applicable as a transmitting and / or receiving antenna. The invention can also be used as a probe coil in highly sensitive devices for the approximately pinpoint location of bodies with high electrical conductivity.
zerstörungsfrei trennbar ist. Die Spule hat die Form einer innen hohlen achteckigen Scheibe.non-destructively separable. The spool has the shape of an octogonal disk inside.
acht Knickpunkten je Umfang als Windungen 8. sowie zwei weiteren Ebenen 2 und 7 mit Leiterzügen 9 als Bestandteile einesgeschlitzten Schirmes. Ein Spulenanschluß 10 mit z.B. Bezugspotential wird an den Außenrand der Ebene 3 geführt. Dieeight break points per circumference as turns 8. and two further levels 2 and 7 with circuit traces 9 as components of a slit screen. A coil terminal 10 with e.g. Reference potential is fed to the outer edge of level 3. The
spiralförmig-konzentrisch, jedoch vom Innenrand zum Außenrand. Eine weitere Durchkontaktierung 12 führt auf die Ebene 5.spiral-concentric, but from the inner edge to the outer edge. Another via 12 leads to the level 5.
weggeführt wird.is led away.
untereinander derart verbunden, ciqß die Leiterführung abwechselnd auf den Ebenen 2 und 7 verläuft und ein geschlossenesinterconnected with each other, ciqß the conductor guide alternately on the levels 2 and 7 runs and a closed
dieses Leiterbandes ist der Schirmanschluß 14 auf der Ebene 2, der über die D'jrchkontaktiarung 15 mit dem Spulenanschluß 10verbunden ist. Das andere Ende dieses Leiterbandes auf der Ebene 7 wird nicht angeschlossen.this conductor band is the shield terminal 14 on the level 2, which is connected via the D jrchkontaktiarung 15 with the coil terminal 10. The other end of this ladder at level 7 will not be connected.
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Publications (1)
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