DE10031064C2 - Microtrafo and circuit arrangement with it - Google Patents

Microtrafo and circuit arrangement with it

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Description

Die Erfindung betrifft einen in ein IC-Gehäuse integrierbaren Mirkotrafo, der auf einem Substrat aus einem Halbleitermate­ rial angeordnet ist und zwei mehrere Windungen aufweisende Spulen und einen die Spulen magnetisch koppelnden Kern um­ fasst.The invention relates to an integrable in an IC package Mirkotrafo, which is on a substrate made of a semiconductor mat rial is arranged and two having several turns Coils and a core magnetically coupling the coils summarizes.

Ein derartiger in ein IC-Gehäuse, das als SMD-Bauteil, bei­ spielsweise auf Leiterplatinen bestückt werden kann, integ­ rierbarer Mikrotrafo kann beispielsweise zur DC-DC-Spannungs­ umwandlung oder zur galvanisch getrennten Leistungsübertra­ gung an ein Bauteil verwendet werden. Ein solches Bauteil kann in vielen Bereichen der Elektronik stark zu einer wei­ terführenden Integration und Miniaturisierung beitragen. Mik­ rotrafos sind im Stand der Technik in unterschiedlicher Aus­ führung bekannt. In "A new hybrid technology for planar microtransformer fabrication" von O. Dezuari, S. E. Gilbert, E. Belloy, M. A. M Gijs, erschienen in Sensors and Actuators A 71 (1998), 198-207, ist ein Ringkerntrafo beschrieben, bei dem ein Ringkern aus magnetischem Material von zwei oder meh­ reren Windungen aufweisenden Spulen umwickelt ist. Diese bei­ den Spulen liegen nebeneinander: In dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel ist die Primärspule um ca. ¾ des Ringkerns ge­ wickelt, die Sekundärspule belegt das letzte Viertel. Daneben ist aus "Load Characteristics of a Spiral Coil Type Thin Film Microtransformer" von K. Yamaguchi, E. Sugawara, O. Nakajima, H. Matsuki und K. Murakami, erschienen in IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 29, NO. 6. November 1993, Seite 3207-­ 3209, ein Flachspulentrafo bekannt, bei dem die erste und zweite Spule als jeweils in einer Ebene liegende, sich nach innen windende schneckenförmige Leiterabschnitte ausgebildet sind, die in zwei Ebenen übereinander liegen und voneinander galvanisch getrennt sind, wobei die Spulen ober- und unter­ seitig von einem Kern aus magnetischem Material umgeben sind. Such an integrated in an IC housing, which can be integrated as an SMD component, for example on printed circuit boards, can be used for example for DC-DC voltage conversion or for the galvanically isolated power transmission to a component. Such a component can greatly contribute to further integration and miniaturization in many areas of electronics. Mikrotrafos are known in the prior art in different execution. In "A new hybrid technology for planar microtransformer fabrication" by O. Dezuari, SE Gilbert, E. Belloy, MA M Gijs, published in Sensors and Actuators A 71 ( 1998 ), 198-207, a toroidal transformer is described in which a Toroidal core made of magnetic material is wound by two or more coils having coils. These are next to each other in the coils: In the exemplary embodiment shown, the primary coil is wound around ¾ of the toroid, the secondary coil occupies the last quarter. In addition, "Load Characteristics of a Spiral Coil Type Thin Film Microtransformer" by K. Yamaguchi, E. Sugawara, O. Nakajima, H. Matsuki and K. Murakami, appeared in IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 29, NO. November 6, 1993, page 3207-3209, a flat coil transformer is known, in which the first and second coils are each formed as in one plane, spiraling inward spiral-shaped conductor sections, which lie in two planes one above the other and are galvanically separated from one another, whereby the coils are surrounded on the top and bottom by a core made of magnetic material.

Nachteilig bei den bekannten Ausführungsformen ist, dass für die einzelnen Spulen relativ viel Platz benötigt wird, insbe­ sondere wenn die Spulen eine größere Windungsanzahl aufwei­ sen, was sich auf die gesamte Baugröße des Mikrotrafos aus­ wirkt.A disadvantage of the known embodiments is that for the individual coils require a relatively large amount of space, esp especially if the coils have a larger number of turns sen, which affects the overall size of the micro-transformer acts.

Ein Mikrotrafo mit den eingangs genannten Merkmalen geht auch aus der US 4,975,671 A hervor. Seine Spulen werden mit schleifenartigen Spulenleiterabschnitten gebildet, die im We­ sentlichen in senkrecht auf der Oberfläche eines Substrates stehenden Ebenen verlaufen und einen magnetisch koppelnden Kern umschließen. Die Verbindung der einzelnen schleifenarti­ gen Spulenleiterabschnitte unter Ausbildung der Windungen des Transformators erfolgt in einer Ebene der Substratoberfläche. Es ergeben sich so eine Primär- und eine Sekundärspule des Transformators, deren Windungen sich gegenseitig in einer im Wesentlichen senkrecht zur der Substratoberfläche liegenden Ebene umschließen. Damit ist die Ausdehnung des Transforma­ tors senkrecht zur Substratoberfläche verhältnismäßig ausge­ prägt.A micro transformer with the features mentioned above is also possible from US 4,975,671 A. His coils are with loop-like coil conductor sections formed in the We essential in perpendicular to the surface of a substrate standing levels and a magnetically coupling Enclose core. The connection of the individual loop arti gene coil conductor sections to form the turns of the Transformer takes place in one plane of the substrate surface. The result is a primary and a secondary coil of the Transformers, whose turns are mutually in one Essentially perpendicular to the substrate surface Enclose layer. So that is the extent of the transforma torsion perpendicular to the substrate surface relatively impressed.

Auch bei einem aus der US 6,031,445 A entnehmbaren Transfor­ mator für integrierte Schaltungen liegen die sich umschlie­ ßenden Windungen zweier Spulen im Wesentlichen in senkrecht zu einer Substratoberfläche liegenden Ebenen. Damit ist auch hier die Ausdehnung senkrecht zur Substratoberfläche verhält­ nismäßig groß.Also in the case of a transformer which can be found in US Pat. No. 6,031,445 A. mator for integrated circuits which are enclosed Essentially turns of two coils in vertical to planes lying on a substrate surface. That is also here the expansion is perpendicular to the substrate surface big in size.

Aus der US 4,080,585 geht ein Flachspulentransformator her­ vor, dessen Windungen von zwei Spulen dadurch ausgebildet sind, dass beidseitig zu einem flachen Trägerelement (Board) angeordnete, streifenartige Spulenleiterabschnitte durch Kon­ taktierungslöcher in dem Trägerelement hindurch verbunden sind. Die zu den beiden Spulen gehörenden Spulenleiterab­ schnitte sind dabei so angeordnet, dass eine Ineinander­ schachtelung der Spulen erhalten wird. Ein magnetischer Kern ist hier nicht vorgesehen. A flat-coil transformer is known from US 4,080,585 before whose turns are formed by two coils are that on both sides to a flat support element (board) arranged, strip-like coil conductor sections by Kon clocking holes connected in the carrier element are. The coil conductors belonging to the two coils cuts are arranged so that one inside the other nesting of the coils is obtained. A magnetic core is not provided here.  

Aus der US 6,054,914 A ist ferner ein Multilagen-Transfor­ mator bekannt. Jede seiner Spulen weist dabei in mehreren E­ benen liegende Windungen auf, die untereinander kontaktiert sind. Dabei wechseln sich von Ebene zu Ebene alternierend die Wicklungen einer Primärspule und einer Sekundärspule ab. Die Kontaktierung der in den einzelnen Ebenen liegenden Windungen ist dementsprechend aufwendig. Auch hier fehlt ein magneti­ scher Kern.From US 6,054,914 A is also a multilayer Transfor mator known. Each of its coils has several E planar windings that contact each other are. The alternate from level to level Windings of a primary coil and a secondary coil. The Contacting the turns in the individual levels is accordingly complex. A magneti is also missing here core.

Aus der US 5,420,558 geht ferner ein Dünnfilmtransformator mit zwei Dünnfilmspulen hervor, die jeweils mindestens zwei in einer Ebene liegende spiralförmige Spulenteile aufweisen. Dabei liegen jeweils die zu einer Spule gehörenden Spulentei­ le in einer gemeinsamen Ebene. Zwischen den Spulen kann ein magnetischer Kern vorhanden sein.A thin-film transformer is also known from US Pat. No. 5,420,558 with two thin film coils, each with at least two have spiral coil parts lying in one plane. The coil parts belonging to a coil are located in each case le on a common level. One can be between the coils magnetic core.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikrotrafo an­ zugeben, der generell und insbesondere bei Verwendung von Spulen mit höherer Windungszahl hinreichend klein gebaut wer­ den kann.The object of the invention is to provide a micro-transformer admit that in general and especially when using Coils with a higher number of turns are built sufficiently small that can.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Mikrotrafo der eingangs genannten Art angegeben, bei dem jede Spule aus einem, bezogen auf das Substrat, unteren und einem oberen Spulenteil besteht, die jeweils aus wenigstens einem Spulenleiterabschnitt beste­ hen und die zur Bildung der jeweiligen Spule miteinander kon­ taktiert sind, wobei die jeweils oberen und die jeweils unte­ ren Spulenteile der beiden Spulen im Wesentlichen jeweils in einer Ebene liegen und derart angeordnet sind, dass die re­ sultierenden Spulen oder die beiden Spulenteile selbst inein­ ander gewunden sind.To solve this problem, a micro transformer is the input specified type, in which each coil is sourced from one on the substrate, lower and an upper coil part, each consisting of at least one coil conductor section hen and con to each other to form the respective coil are clocked, the upper and the lower ren coil parts of the two coils essentially in each lie on one level and are arranged so that the right sulting coils or the two coil parts themselves are twisted.

Beim erfindungsgemäßen Trafo sind mit besonderem Vorteil die Spulenleiter bzw. die resultierenden Spulen selbst ineinander gewunden. Dies ermöglicht es, innerhalb eines relativ gerin­ gen zur Verfügung stehenden Raumes auch Spulen mit relativ hohen Windungszahlen zu integrieren und gleichzeitig eine äu­ ßerst günstige (effiziente) Kopplung zwischen den beiden Spu­ len zu erhalten. Jede Spule besteht erfindungsgemäß aus einem oberen und einem unteren Spulenteil, wobei die unteren Spu­ lenteile der Primär- und Sekundärspule im Wesentlichen in ei­ ner ersten (unteren) Ebene liegen; Entsprechendes gilt auch für die beiden oberen Spulenteile der beiden Spulen in einer zweiten (oberen) Ebene, wobei die oberen und unteren Spulen­ teile insgesamt direkt übereinander liegen. Die Spulenteile werden je nach Ausbildung der Spule entsprechend miteinander kontaktiert. Durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der Spulenteile werden so die ineinander gewundenen Spulen gebil­ det, bzw. sind die beiden Spulenteile selbst ineinander ge­ wunden. In the transformer according to the invention, the are particularly advantageous Coil conductors or the resulting coils themselves wound. This allows it to be relatively small within a available space also with relative coils  to integrate high numbers of turns and at the same time extremely cheap (efficient) coupling between the two Spu len. According to the invention, each coil consists of one upper and a lower coil part, the lower coil Parts of the primary and secondary coils essentially in egg a first (lower) level; The same applies for the two upper coil parts of the two coils in one second (upper) level, with the upper and lower coils parts lie directly one above the other. The coil parts depending on the design of the coil contacted. By appropriate training and arrangement of Coil parts are thus the coils wound into each other det, or are the two coil parts themselves into each other sore.  

Nach einer ersten Erfindungsausgestaltung kann der Mikrotrafo als Ringkerntrafo ausgebildet sein. Er weist einen Kern in Form eines Ringkerns mit unterhalb und oberhalb angeordneten Spulenleiterabschnitten auf, wobei die im Wesentlichen gerad­ linigen Leiterabschnitte eines jeden Spulenteils sternförmig bzw. radial nach außen laufen und die Leiterabschnitte der beiden Spulenteile einer Ebene einander abwechselnd angeord­ net sind, und wobei die inneren und äußeren Enden der beiden übereinander liegenden Spulenteile einer Spule miteinander verbunden sind. Infolge der alternierenden Anordnung der Lei­ terabschnitte der beiden Spulenteile einer Ebene (die stern­ förmigen Spulenteile greifen also quasi ineinander) ist auf einfache Weise die Herstellung der ineinander gewundenen bei­ den Spulen möglich. Dabei sind natürlich die jeweiligen Spu­ lenteile so bezüglich einander angeordnet, dass die inneren und äußeren Enden der miteinander zu kontaktierenden Leiter­ abschnitte unmittelbar übereinander liegen.After a first design of the invention, the microtrafo be designed as a toroidal transformer. He has a core in Shape of a toroid with arranged below and above Coil conductor sections, the being substantially straight linear conductor sections of each coil part star-shaped or run radially outwards and the conductor sections of the the two coil parts of one level alternately arranged are net, and being the inner and outer ends of the two Coil parts of a coil lying one above the other are connected. Due to the alternating arrangement of the lei ter sections of the two coil parts on one level (the star shaped coil parts interlock virtually) is on simple way of making the intertwined at the coils possible. Of course, the respective Spu parts arranged with respect to each other so that the inner and outer ends of the conductors to be contacted sections lie directly one above the other.

Der Ringkern selbst kann erfindungsgemäß aus mehreren gegen­ einander isolierten Schichten bestehen, was hinsichtlich der Unterdrückung eventueller Wirbelströme von Vorteil ist. Wei­ terhin ist eine den Ringkern gegen die Spule und die Spulen gegeneinander isolierende Isolierung vorgesehen, in welcher der Durchkontaktierung der Spulenteile dienende und entspre­ chend der Lage der unteren und oberen Enden der Leiterab­ schnitte positionierte Vias vorgesehen sind.According to the invention, the ring core itself can be made up of several mutually isolated layers exist, what regarding Suppression of any eddy currents is an advantage. Wei terhin is the toroid against the coil and the coils insulation provided against each other, in which serving and corresponding to the through-contacting of the coil parts depending on the location of the lower and upper ends of the conductors vias positioned in sections are provided.

Zweckmäßig ist es ferner, eine auf dem Substrat aufgebrachte Abschirmschicht aus magnetischem Material vorzusehen, gegebe­ nenfalls auch eine oberseitige Abschirmschicht, wobei diese Schichten auch der Flussrückführung von Magnetfeldern dienen.It is also expedient to apply one applied to the substrate Shielding layer made of magnetic material to be provided if necessary also a top-side shielding layer, this Layers also serve to return magnetic fields to the flux.

Alternativ zur Ausbildung als Ringkerntrafo kann der erfin­ dungsgemäße Mikrotrafo auch als Flachspulentrafo ausgebildet sein. In diesem Fall sind die Spulenteile als Flachspulen ausgebildet, deren einstückige Leiterabschnitte sich von au­ ßen nach innen winden, wobei die inneren Enden der beiden je­ weils eine Spule bildenden, übereinander liegenden Spulentei­ le kontaktiert sind. Auch hier sind die Spulenteile wie aus­ geführt ineinander gewunden. Im Unterschied zur Ringkernaus­ führung sind hier wesentlich weniger in der auch hier vorge­ sehenen, den Kern gegen die Spulen und die Spulen gegeneinan­ der isolierenden Isolierung ausgebildete Vias vorgesehen, nämlich insgesamt lediglich zwei, die die inneren Enden der Leiterabschnitte miteinander verbinden. Die Leiterabschnitte selbst können spiralförmig oder als rechteckige Schleifen ausgebildet sein.As an alternative to training as a toroidal transformer, the inventor micro transformer according to the invention also designed as a flat coil transformer  his. In this case, the coil parts are flat coils trained, the one-piece conductor sections from au eats twist inward, with the inner ends of the two each because a coil-forming, superimposed coil part le are contacted. Here too, the coil parts are made of led into each other. In contrast to the toroid leadership are much less here than in the pre seen, the core against the coils and the coils against each other vias designed for insulating insulation, namely only a total of two, which are the inner ends of the Connect conductor sections together. The ladder sections themselves can be spiral or as rectangular loops be trained.

Der Kern überdeckt die Spulenteile zumindest ober- und unter­ seitig, gegebenenfalls kann auch ein mittlerer Kernabschnitt vorgesehen sein. Zweckmäßig ist es, wenn der Kern zumindest an einer Seite, vorzugsweise an mehreren Seiten geschlossen ist, um den Magnetkreis weitgehend zu schließen.The core covers the coil parts at least above and below sided, optionally a central core section be provided. It is useful if the core at least closed on one side, preferably on several sides is to largely close the magnetic circuit.

Auch bei der Ausbildung als Flachspulentrafo können so auf­ grund der Übereinanderschichtung der Spulenabschnitte Spulen mit wesentlich größerer Windungsanzahl auf sehr kleinem Raum untergebracht werden.Even when training as a flat coil transformer you can due to the stacking of the coil sections with a significantly larger number of turns in a very small space be accommodated.

Bevorzugt werden die Mikrotrafos auf dem Substrat in Dünn­ filmtechnik aufgebracht. Als Substrat wird zweckmäßigerweise ein Silizium-Substrat eingesetzt, welches mit bekannten Be­ schichtungstechnologien gut bearbeitet werden kann. Erfin­ dungsgemäß kann der Mikrotrafo in einem IC-Gehäuse integriert sein. In diesem Fall bildet er alleine ein Bauteil, dass mit anderen auf einer Leiterplatine zusammengesteckt werden kann.The micro-transformers on the substrate are preferably thin film technology applied. As a substrate is expedient a silicon substrate is used, which with known Be layering technologies can be processed well. OF INVENTION According to the microtrafo can be integrated in an IC package his. In this case, it alone forms a component that with others can be put together on a circuit board.

Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltungsanordnung umfas­ send einen auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Mikro­ trafo der vorbeschriebenen Art, wobei auf dem Substrat wei­ terhin eine der Ansteuerung des Mikrotrafos dienende Schaltung vorgesehen ist, die mit dem Mikrotrafo kontaktiert ist. Wird als Substratmaterial Silizium verwendet, ist es mit be­ sonderem Vorteil möglich, auf demselben Substrat auch eine der Ansteuerung dienende Schaltung zu integrieren. Insgesamt ergibt sich eine sehr kleine Baueinheit, die sowohl die An­ steuerung als auch das Versorgungsteil enthält. Natürlich sind auch andere Halbleitermaterialien verwendbar.The invention further relates to a circuit arrangement send a micro formed on a semiconductor substrate transformer of the type described, white on the substrate then a circuit serving to control the micro-transformer  is provided, which is contacted with the micro-transformer. If silicon is used as the substrate material, be with special advantage possible, also on the same substrate to integrate the control circuit. All in all the result is a very small unit, which both the An control as well as the supply part contains. Naturally other semiconductor materials can also be used.

Daneben kann auf dem Substrat ferner eine über den Mikrotrafo zu versorgende weitere Schaltung ausgebildet sein, die vom Mikrotrafo galvanisch getrennt ist. Gemäß dieser Erfindungs­ ausgestaltung ist also die vom Mikrotrafo zu versorgende Ein­ heit ebenfalls auf dem Substrat angeordnet, jedoch infolge der leitenden Eigenschaften des Halbleitermaterials galva­ nisch vom Mikrotrafo getrennt. Die gesamte Einheit bestehend aus Ansteuerschaltung, Mikrotrafo und zu versorgender Schal­ tung kann in einem gemeinsamen IC-Gehäuse integriert sein.In addition, a microtrafo can also be used on the substrate to be supplied further circuit be formed by the Microtrafo is galvanically isolated. According to this invention The configuration is therefore the one to be supplied by the micro-transformer also arranged on the substrate, but as a result the conductive properties of the galva semiconductor material nically separated from the micro transformer. The entire unit consisting of control circuit, micro transformer and scarf to be supplied device can be integrated in a common IC package.

Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die über den Mikrotrafo zu versorgende weitere Schaltung auf einem weite­ ren Halbleitersubstrat ausgebildet ist, und so vom Mikrotrafo galvanisch getrennt ist, wobei beide Substrate in einem ge­ meinsamen IC-Gehäuse integriert sind.Alternatively, it can be provided that the over the Further circuit to be supplied by a micro-transformer ren semiconductor substrate is formed, and so by the microtrafo is galvanically isolated, both substrates in one ge common IC package are integrated.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei­ spielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention he result from the implementation described below play as well as based on the drawing. Show:

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Ringkerntrafos, Fig. 1 is a schematic diagram for explaining the construction of a toroidal transformer according to the invention,

Fig. 2 eine Schnittansicht als Prinzipskizze durch einen Ringkerntrafo gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a sectional view as a schematic diagram through a toroidal transformer according to FIG. 1,

Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Flachspulentrafos, Fig. 3 is a schematic diagram showing the construction of a flat coil transformers according to the invention,

Fig. 4 eine Schnittansicht als Prinzipskizze durch einen Ringkerntrafo nach Fig. 3, Fig. 4 is a sectional view as a schematic diagram through a toroidal transformer according to Fig. 3,

Fig. 5 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung einer ersten Ausführungsform, und Fig. 5 is a schematic diagram of a circuit arrangement according to the invention of a first embodiment, and

Fig. 6 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung einer zweiten Ausführungsform. Fig. 6 is a schematic diagram of a circuit arrangement according to the invention of a second embodiment.

Fig. 1 zeigt in Form einer Prinzipskizze den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Mikrotrafos 1 in Form eines Ringkerntrafos, wie er als Schnittansicht in Fig. 2 gezeigt ist. Der Mikrotrafo 1 besteht aus zwei ineinander gewundenen Spulen 2, 3, die einen Ringkern 4 umgeben. Jede Spule 2, 3 besteht aus einem unteren Spulenteil 5, 6, wobei jedes Spu­ lenteil 5, 6 aus im Wesentlichen geradlinigen Spulenleiterab­ schnitten 7, 8 besteht. "Im Wesentlichen geradlinig" ist in­ soweit relativ zu verstehen, als bei der Herstellung des Mik­ rotrafos, der auf dem Substrat 9, bevorzugt bestehend aus Si­ lizium, in Dünnfilmtechnik aufgebaut wird, geradlinige und in einer Ebene liegende Strukturen erzeugt werden können. Fig. 1 shows a schematic diagram in the form of the basic structure of a micro-transformer 1 according to the invention in the form of a ring core transformers, as shown in sectional view in Fig. 2. The micro transformer 1 consists of two coils 2 , 3 which are wound into one another and which surround a toroidal core 4 . Each coil 2 , 3 consists of a lower coil part 5 , 6 , wherein each coil part 5 , 6 cut from substantially straight Spulenleiterab 7 , 8 . "Substantially rectilinear" is to be understood relatively in so far as, in the manufacture of the microtrafo, which is built up on the substrate 9 , preferably consisting of silicon, using thin-film technology, rectilinear and in-plane structures can be produced.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, verlaufen die Spulenleiterab­ schnitt 7, 8 sternförmig bzw. radial nach außen. Die Spulen­ leiterabschnitte 7 und 8, die wie beschrieben, jeweils zu dem unteren Spulenteil der Spule 2 oder der Spule 3 gehören, wechseln einander ab. Wie Fig. 1 zeigt verlaufen die Leiter­ abschnitte nicht unmittelbar auf den Mittelpunkt M zu, son­ dern unter einem bestimmten Winkel bezüglich diesem, was er­ forderlich ist, um die sich um den Ringkern 4 herumwindende Spulenstruktur zu realisieren. An einem Leiterabschnitt 7 ist ein erstes Anschlusspad 10 für den ersten Anschluss der Spule 2 vorgesehen, entsprechend ist an einem Leiterabschnitt 8 ein erster Anschlusspad 11 für die Spule 3 ausgebildet.As can be seen in Fig. 1, the Spulenleiterab section 7 , 8 are star-shaped or radially outward. The coil conductor sections 7 and 8 , which, as described, each belong to the lower coil part of the coil 2 or the coil 3 , alternate with one another. As shown in FIG. 1, the conductor sections do not run directly towards the center point M, but at a certain angle with respect to what it is required to realize the coil structure winding around the toroidal core 4 . A first connection pad 10 for the first connection of the coil 2 is provided on a conductor section 7 , and a first connection pad 11 for the coil 3 is correspondingly formed on a conductor section 8 .

Die beiden in Fig. 1 links gezeigten unteren Spulenteile der Spulen 2, 3 werden mit einer Isolierung, bevorzugt SiO2 abgedeckt, auf diese Isolierung wird anschließend der Kern 4 auf­ gebracht. Der Kern 4 ist im gezeigten Beispiel als Mehr­ schichtkern mit gegeneinander isolierten Schichten ausgebil­ det. Die Innen- und Außendurchmesser des Kerns sind dabei so gewählt, dass die inneren und äußeren Enden der Leiterab­ schnitte 7, 8 innen bzw. außen etwas über den Ringkern 4 her­ vorragen. Der Kern 4 wird anschließend ebenfalls mit einer Isolierung abgedeckt. Um nun die Möglichkeit zu geben, die unteren Leiterabschnitte 7, 8 bzw. die beiden Spulenteile 5, 6 mit den noch auszubildenden oberen Spulenteilen kontaktie­ ren zu können, werden in die Isolierung sogenannte Vias ein­ gebracht, bei denen es sich um Löcher handelt, die in das I­ soliermaterial eingeätzt werden und direkt an den inneren und äußeren Enden der Leiterabschnitte 7, 8 enden. In der in Fig. 1 gezeigten mittleren Darstellung sind diese Vias 12 außer­ halb und innerhalb des Ringkerns 4 dargestellt. Jeder Via en­ det genau am jeweiligen Leiterabschnitt 7, 8. Die entspre­ chende Anpassung und Positionierung kann mit bekannten foto­ lithographischen Mitteln und bekannter Ätztechnik erfolgen.The two lower coil parts of the coils 2 , 3 shown on the left in FIG. 1 are covered with insulation, preferably SiO 2 , and the core 4 is then brought onto this insulation. In the example shown, the core 4 is configured as a multi-layer core with mutually insulated layers. The inner and outer diameter of the core are chosen so that the inner and outer ends of the Leiterab sections 7 , 8 protrude slightly beyond the ring core 4 inside and outside. The core 4 is then also covered with insulation. In order to give the possibility to be able to contact the lower conductor sections 7 , 8 or the two coil parts 5 , 6 with the upper coil parts still to be formed, so-called vias are introduced into the insulation, which are holes that be etched into the insulating material and end directly at the inner and outer ends of the conductor sections 7 , 8 . In the middle representation shown in FIG. 1, these vias 12 are shown outside and inside the ring core 4 . Each via ends exactly on the respective conductor section 7 , 8 . The corre sponding adjustment and positioning can be done with known photo lithographic means and known etching technology.

Nach Ausbildung der Vias 12 werden nun die oberen Spulenteile 13, 14 bzw. deren jeweiligen Spulenleiterabschnitte 15, 16 auf der nicht näher gezeigten Isolierung abgeschieden, wobei während dieses Abscheidungsprozesses auch die Durchkontaktie­ rung dieser Spulenleiterabschnitte 15, 16 durch die Vias 12 zu den darunter liegenden Spulenleiterabschnitten 7, 8 er­ folgt. Die Spulenteile 13, 14 bzw. deren Spulenleiterab­ schnitte 15, 16 verlaufen ebenfalls in entsprechender Aus­ richtung bezüglich des Mittelpunktes M. Jeder Leiterabschnitt 15, 16 erstreckt sich von einem äußeren Via zu einem inneren Via, das wiederum zu einem darunter liegenden Leiterabschnitt des entsprechenden darunter liegenden Spulenteils führt, wel­ ches sich wiederum nach außen zu einem außenliegenden Via er­ streckt, das wiederum nach oben kontaktiert etc. Auf diese Weise ist es möglich, die ineinander gewundenen Spulen 2, 3 zu bilden. After formation of the vias 12 , the upper coil parts 13 , 14 or their respective coil conductor sections 15 , 16 are now deposited on the insulation (not shown in any more detail), and during this deposition process the through-contacting of these coil conductor sections 15 , 16 through the vias 12 to the ones below Coil conductor sections 7 , 8 it follows. The coil parts 13 , 14 or their Spulenleiterab sections 15 , 16 also extend in a corresponding direction from the center M. Each conductor section 15 , 16 extends from an outer via to an inner via, which in turn leads to an underlying conductor section of the corresponding one below lying coil part leads, which in turn stretches outwards to an external via, which in turn contacts upwards, etc. In this way it is possible to form the coils 2 , 3 which are wound into one another.

Wie in der rechten Darstellung in Fig. 1 gezeigt ist, sind an zwei Spulenleiterabschnitten 15, 16 der oberen Spulenteile 13, 14 zwei weitere Anschlusspads 17, 18 für die beiden Spu­ len 2, 3 vorgesehen.As shown in the right-hand illustration in FIG. 1, two further connection pads 17 , 18 for the two coils 2 , 3 are provided on two coil conductor sections 15 , 16 of the upper coil parts 13 , 14 .

Fig. 2 zeigt in Form einer Prinzipskizze eine Schnittansicht durch den Ringkerntrafo 1. Auf dem Substrat 9 kann optional zunächst eine (hier nur gestrichelt dargestellte) magnetische Abschirmschicht 19 aufgebracht werden, die eine Dicke von ca. 2-3 µm aufweist. Anschließend wird eine erste Schicht aus Isoliermaterial abgeschieden, wobei in Fig. 2 insgesamt die Isolierung mit 20 bezeichnet ist, da sich am fertigen Bauteil die einzelnen Isolierungsschichten insoweit nicht mehr unter­ scheiden lassen. Nach Abscheiden dieser Isolierungsschicht werden die beiden Spulenteile 5, 6 abgeschieden, wobei zwei Spulenleiterabschnitte 7, 8 in Fig. 2 dargestellt sind. An­ schließend wird eine weitere Isolierschicht abgeschieden, auf die dann der Kern 4 aus dem magnetischen Material abgeschie­ den wird. Anschließend wird erneut ein Isoliermaterial aufge­ bracht, dass den Kern insgesamt bedeckt. Hiernach werden die Vias 12 ausgebildet, die wie gesagt in das Isoliermaterial hineingeätzt werden. Im nächsten Schritt werden die beiden oberen Spulenteile 13, 14 abgeschieden, von denen im gezeig­ ten Beispiel zwei Spulenleiterabschnitte 15, 16 dargestellt sind. Gleichzeitig wird während dieses Abscheidungsprozesses auch leitfähiges Spulenmaterial in die Vias 12 eingebracht, wodurch die Durchkontaktierung zu den darunter liegenden Lei­ terabschnitten erzielt wird. Schließlich wird noch eine obere Isolierschicht aufgebracht, auf welche optional eine zweite Abschirmschicht 21 abgeschieden werden kann. Die beiden Schichten 19, 21 sind in Fig. 2 lediglich gestrichelt darge­ stellt. Wie beschrieben ist die Isolierung hier insgesamt mit 20 bezeichnet und wird von dem gepunktet dargestellten Gebiet gebildet. Da die Spulen um den Ringkern wandernd gewunden sind, sind sie in Fig. 2 jeweils abgebrochen dargestellt. Fig. 2 shows a schematic diagram in the form of a sectional view through the toroidal transformer. 1 Optionally, a magnetic shielding layer 19 (which is only shown in dashed lines here) can be applied to the substrate 9 , which has a thickness of approximately 2-3 μm. Subsequently, a first layer of insulating material is deposited, the insulation being designated 20 overall in FIG. 2, since the individual insulation layers on the finished component can no longer be distinguished. After this insulation layer has been deposited, the two coil parts 5 , 6 are deposited, two coil conductor sections 7 , 8 being shown in FIG. 2. At closing, another insulating layer is deposited, on which the core 4 is then deposited from the magnetic material. Then an insulating material is applied again, which covers the core as a whole. After this, the vias 12 are formed, which, as said, are etched into the insulating material. In the next step, the two upper coil parts 13 , 14 are deposited, of which two coil conductor sections 15 , 16 are shown in the example shown. At the same time, conductive coil material is also introduced into the vias 12 during this deposition process, as a result of which the plated-through hole to the conductor sections below is achieved. Finally, an upper insulating layer is applied, onto which a second shielding layer 21 can optionally be deposited. The two layers 19 , 21 are only shown in dashed lines in Fig. 2 Darge. As described, the insulation here is designated as a whole by 20 and is formed by the area shown in dotted lines. Since the coils are wound around the toroid, they are shown broken off in FIG. 2.

Zur Herstellung des Ringkerntrafos dieser Art werden bekannte Abscheidetechniken sowie Lithographie- und Ätztechniken ange­ wandt. Die Herstellung erfolgt in Dünnschichttechnologie.Known are known for producing the toroidal transformer of this type Deposition techniques as well as lithography and etching techniques Wundt. They are manufactured using thin-film technology.

Die Dimensionierung des Ringkerntrafos ist abhängig von den Möglichkeiten der Strukturierung. Der innere Durchmesser des Kerns wird bestimmt durch die Anzahl der Windungen n, die beispielsweise im Bereich zwischen 50-100 Windungen liegen können, wobei die Windungszahlen der beiden Spulen 2, 3 gleich oder unterschiedlich sein können. Ferner bestimmt den Durchmesser auch das Raster, in dem die Spulenleiterabschnit­ te hergestellt werden können, bzw. die Summe der Leiterbrei­ ten und der Abstand zwischen benachbarten Leitern. Dieser Ab­ stand muss eine gewisse Mindestgröße haben, um eine hinrei­ chende Isolierung der Spulen mittels der Isolierung 20 zu er­ zielen. Über den Mikrotrafo anzusteuernde bzw. zu versorgende nachfolgende Schaltungen benötigen eine Versorgungsspannung von ca. 4 V, neuere Elektroniken kommen auch mit niedrigeren Spannungen aus. Der Mikrotrafo muss dementsprechend dimensio­ niert sein, dass die jeweils benötigte Ausgangsspannung ge­ liefert wird. Ein Mikrotrafo, der eine Ausgangsspannung etwas größer als 4 V liefert, besitzt einen äußeren Durchmesser von ca. 2,5 mm. Die Maximalleistung bewegt sich in solchen Fällen im Bereich von ca. 150 mW. Größere Leistungen lassen sich aber durch eine Vergrößerung des Kerns erzielen, auch am Win­ dungsverhältnis können zur Anpassung der Leistungsparameter Änderungen vorgenommen werden. Zweckmäßig ist es, wenn derar­ tige Mikrotrafos Leistungen zwischen 40-400 mW betragen können, bei maximalen Leistungsdichtungen von ca. 200 mW/mm2. Der Mikrotrafo selbst wird mit Frequenzen im MHz-Bereich be­ trieben.The dimensioning of the toroidal transformer depends on the structuring options. The inner diameter of the core is determined by the number of turns n, which can be, for example, in the range between 50-100 turns, the number of turns of the two coils 2 , 3 being the same or different. Furthermore, the diameter also determines the grid in which the coil conductor sections can be produced, or the sum of the conductor widths and the distance between adjacent conductors. This distance must have a certain minimum size in order to achieve adequate insulation of the coils by means of the insulation 20 . Subsequent circuits to be controlled or supplied via the micro-transformer require a supply voltage of approx. 4 V, newer electronics also manage with lower voltages. The micro transformer must be dimensioned accordingly so that the required output voltage is delivered. A micro transformer that delivers an output voltage slightly greater than 4 V has an outer diameter of approx. 2.5 mm. In such cases, the maximum power is in the range of approx. 150 mW. Larger outputs can be achieved by enlarging the core, and changes can also be made to the win ratio to adapt the output parameters. It is expedient if such micro transformers can have powers between 40-400 mW, with maximum power seals of approximately 200 mW / mm 2 . The micro transformer itself is operated with frequencies in the MHz range.

Fig. 3 zeigt entsprechend der Prinzipdarstellung den Aufbau eines Flachspulentrafos 22, wie er als Prinzipskizze in Fig. 4 dargestellt ist. Auch hier ist der Flachspulentrafo auf ei­ nem Substrat 23 aus Silizium aufgebaut. Auf dieses Substrat wird zunächst eine erste Lage des Kerns 24 aufgebracht. Anschließend wird eine erste Isolierschicht abgeschieden, wobei auch hier die Isolierung insgesamt mit 25 bezeichnet ist. Nachfolgend werden die unteren Spulenteile 26, 27 der beiden Spulen 28, 29 abgeschieden. Jedes Spulenteil 26, 27 besteht aus einem einstückigen Spulenleiterabschnitt 30, 31. Im ge­ zeigten Beispiel sind die Spulenleiterabschnitte als sich nach innen windende Rechteckschleifen ausgebildet, sie können gleichermaßen auch schneckenförmig nach innen gewunden sein. Anschließend wird eine weitere Isolierlage, die die Spulen­ teile 26, 27 abdeckt, abgeschieden. Auf diese wiederum werden die beiden Spulenteile 32, 33 abgeschieden, die ebenfalls aus jeweils einem einstückigen, sich rechteckschleifenartig nach innen windenden Leiterabschnitt 34, 35 bestehen. Auch hier liegen wie bei der Ausführungsform des Mikrotrafos 1 die Spu­ lenteile 26, 27 und 32, 33 im Wesentlichen deckungsgleich übereinander. Fig. 3 shows in accordance with the schematic diagram of the structure of a flat coil transformers 22, as shown as a schematic diagram in Fig. 4. Here too, the flat coil transformer is built up on a substrate 23 made of silicon. A first layer of core 24 is first applied to this substrate. A first insulating layer is then deposited, the insulation here also being designated by a total of 25. The lower coil parts 26 , 27 of the two coils 28 , 29 are then deposited. Each coil part 26 , 27 consists of a one-piece coil conductor section 30 , 31 . In the example shown, the coil conductor sections are designed as rectangular loops that twist inwards, and they can also be helically wound inward. Then another insulating layer, which covers the coil parts 26 , 27 , is deposited. The two coil parts 32 , 33 , which also each consist of a one-piece conductor section 34 , 35 which winds inward like a rectangular loop, are deposited on this in turn. Here too, as in the embodiment of the micro-transformer 1, the coil parts 26 , 27 and 32 , 33 are essentially congruent one above the other.

Wie in Fig. 3 gezeigt sind an den äußeren Enden der Spulen­ leiterabschnitte 30, 31 bzw. 34, 35 entsprechende Anschluss­ pads 36, 37 (für die unteren Spulenteile) bzw. 38, 39 (für die oberen Spulenteile) vorgesehen. Die inneren Ende der ein­ zelnen Spulenleiterabschnitte sind derart positioniert, dass die jeweiligen Enden der zu einer Spule gehörenden oberen und unteren Spulenteile direkt übereinander liegen. D. h., das innere Ende des Spulenteils 26 liegt genau unter dem inneren Ende des Spulenteils 33, entsprechendes gilt für das innere Ende des Spulenteils 27 und des Spulenteils 32. Diese inneren Enden werden über, vor der Abscheidung der oberen Spulenteile 32, 33 im Isoliermaterial ausgebildete Vias miteinander, wäh­ rend der Abscheidung der oberen Spulenteile 32, 33 kontak­ tiert. Bei dieser Ausführung sind lediglich zwei Vias für die Kontaktierung der Spulenteile erforderlich, wobei die Vias auch hier mit entsprechender Ätztechnologie etc. hergestellt werden.As shown in FIG. 3, corresponding connection pads 36 , 37 (for the lower coil parts) and 38, 39 (for the upper coil parts) are provided on the outer ends of the coil conductor sections 30 , 31 and 34 , 35, respectively. The inner ends of the individual coil conductor sections are positioned such that the respective ends of the upper and lower coil parts belonging to a coil lie directly one above the other. That is, the inner end of the coil part 26 lies exactly below the inner end of the coil part 33 , and the same applies to the inner end of the coil part 27 and the coil part 32 . These inner ends are via, before the deposition of the upper coil parts 32 , 33 in the insulating material formed vias with each other, while contacting the deposition of the upper coil parts 32 , 33 . In this embodiment, only two vias are required for contacting the coil parts, the vias also being produced here using appropriate etching technology, etc.

Anschließend werden die oberen Spulenteile wiederum mit einer Isolierschicht abgedeckt, wonach erneut magnetisches Kernmaterial aufgebracht wird. Dabei ist festzuhalten, dass die I­ solierung vor dem Aufbringen des oberen Kernmaterials inso­ weit randseitig entfernt wird, dass dort ein Rand aus freiem "unteren Kernmaterial frei liegt. Wird nun das obere Kernma­ terial abgeschieden, so kontaktiert dieses automatisch das untere, so dass sich insgesamt ein geschlossener "Käfig bil­ det, aus dem lediglich die Anschlusspads 36-39 herausge­ führt sind.The upper coil parts are then covered again with an insulating layer, after which magnetic core material is again applied. It should be noted that the insulation is removed to such an extent before the upper core material is applied that an edge of free "lower core material is exposed there. If the upper core material is now deposited, it automatically contacts the lower one so that overall a closed "cage bil det, from which only the connection pads 36-39 are led out.

Fig. 4 zeigt schließlich eine Schnittansicht durch einen Mik­ rotrafo 22. Die beiden Spulen 28, 29 sind durch unterschied­ liche Strichelung dargestellt. Ersichtlich liegen hier die jeweiligen Spulenteile 26, 27 und 32, 33 ebenfalls im Wesent­ lichen in einer Ebene. Gezeigt ist ferner die mittige Verbin­ dung der jeweiligen oberen und unteren Spulenteile, so dass insgesamt zwei Gesamtspulen 28, 29 gebildet werden, deren obere und untere Spulenabschnitte ineinander gewunden sind. Auch ein solcher Flachspulentrafo kann problemlos mit Außen­ abmessungen von 2 × 2 mm hergestellt werden, wobei mit einem derartigen Trafo etwas höhere maximale Leistungen erzielt werden können. Fig. 4 finally shows a sectional view through a Mik rotrafo 22nd The two coils 28 , 29 are shown by different lines. Obviously, the respective coil parts 26 , 27 and 32 , 33 are also essentially in one plane. Also shown is the central connection of the respective upper and lower coil parts, so that a total of two total coils 28 , 29 are formed, the upper and lower coil sections of which are wound into one another. Such a flat coil transformer can also be easily produced with external dimensions of 2 × 2 mm, and somewhat higher maximum outputs can be achieved with such a transformer.

Ein wichtiger Aspekt bei derartigen Mikrostrukturen sind die Verluste, die bei der Leistungsübertragung auftreten. Bei den erfindungsgemäßen Mikrotrafos gibt es vier Verlustarten, die hier relevant sind:
An important aspect in such microstructures is the loss that occurs during power transmission. There are four types of loss in the micro-transformers according to the invention which are relevant here:

  • - resistive Verluste durch die Leiterbahnwiderstände- resistive losses due to the conductor resistance
  • - magnetische Flussverluste- magnetic flux losses
  • - Wirbelstromverluste- eddy current losses
  • - Verluste durch Magnetostriktion und Hysterese- Magnetostriction and hysteresis losses

Um die resistiven Verluste zu minimieren müssen die Spulenwi­ derstände möglichst klein gehalten werden und die Güte der Spule, also das Verhältnis L/R sollte möglichst groß sein. Magnetische Flussverluste lassen sich durch die Geometrie der Spule und des Kerns beeinflussen. Um die Effizienz zu erhöhen sollte der Magnetkreis möglichst geschlossen sein. Hierfür ist es auch von Vorteil ein Kernmaterial mit hoher Permeabi­ lität zu wählen, um den Magnetfluss möglichst weit im Kern einzugrenzen. Eine hohe Permeabilität erhöht gleichzeitig die Induktivität der Spulen.In order to minimize the resistive losses, the coils must resistances are kept as small as possible and the quality of the Coil, i.e. the ratio L / R should be as large as possible. Magnetic flux losses can be determined by the geometry of the Affect coil and core. To increase efficiency  the magnetic circuit should be closed as far as possible. Therefor it is also advantageous to have a core material with a high permeability to choose the magnetic flux as far as possible in the core narrow. A high permeability also increases the Inductance of the coils.

Wirbelstromverluste können zweckmäßigerweise durch die Wahl des Kernmaterials mit einem möglichst niedrigen Produkt der spezifischen Leitfähigkeit und der Permeabilität minimiert werden, wodurch sich die Eindringtiefe der Felder erhöht. Falls diese Eindringtiefe zu klein wird, lassen sich die Wir­ belströme auch eventuell durch ein Schichtsystem mit dünnen Schichten, gegeneinander isoliert durch Isolationsmaterial, im Kern unterdrücken, wie dies bezüglich des Ringkerntrafos 1 dargestellt ist.Eddy current losses can expediently be minimized by choosing the core material with the lowest possible product of the specific conductivity and permeability, which increases the depth of penetration of the fields. If this depth of penetration becomes too small, we can suppress the core currents by a layer system with thin layers, isolated from each other by insulation material, as shown with regard to the toroidal transformer 1 .

Verluste durch Magnetostriktion und Hysterese sind abhängig von den entsprechenden Eigenschaften des Kernmaterials und werden durch die Wahl eines Materials mit möglichst kleiner Magnetostriktion und Koerzitivität minimiert.Magnetostriction and hysteresis losses are dependent of the corresponding properties of the core material and are made as small as possible by choosing a material Magnetostriction and coercivity minimized.

Verwendbare Kernmaterialien sind beispielsweise:
Ni80Fe20, CoZiRe, Co-Nb-Zr, CoFe, Fe-Cr-Ta-N, Fe-Hf-C, Fe (gesputtert), VAC Permenorm, VAC Vitrovac, NiZn-ferrite, wobei diese Aufstellung nicht abschließend ist.
Core materials that can be used include:
Ni 80 Fe 20 , CoZiRe, Co-Nb-Zr, CoFe, Fe-Cr-Ta-N, Fe-Hf-C, Fe (sputtered), VAC Permenorm, VAC Vitrovac, NiZn-ferrite, although this list is not exhaustive ,

Die Vorteile des Ringkerntrafos liegen insbesondere in seinem geschlossenen Magnetkreis mit einer Magnetisierung in der Kernebene und Wirbelströmen außerhalb der Kernebene. Dies ist sehr günstig für die magnetischen Eigenschaften des Kerns, was sich vorteilhaft auf die Verluste im Kern auswirkt. Außerdem können bei dieser Trafoausführung eventuelle Wirbel­ ströme durch dünne Schichten eines Isolationsmaterials, z. B. SiO2, im Kern unterdrückt werden.The advantages of the toroidal transformer are particularly its closed magnetic circuit with magnetization in the core plane and eddy currents outside the core plane. This is very favorable for the magnetic properties of the core, which has an advantageous effect on the losses in the core. In addition, possible eddy currents can flow through thin layers of insulation material, z. B. SiO 2 , are suppressed in the core.

Vom Aufbau her ist der Flachspulentrafo vorteilhaft, er benö­ tigt insbesondere nicht so viele Vias wie der Ringkerntrafo, außerdem sind zu seiner Herstellung weniger einzelne Schich­ ten erforderlich. Besondere Vorteile zeigt der Flachspulen­ trafo auch hinsichtlich der Dimensionierung, die sich relativ frei von Anforderungen einstellen lässt, was beim Ringkern­ trafo im Hinblick auf die extreme Viakonzentration am Kernin­ nenrand bei großen Windungszahlen mitunter Probleme bereitet. Darüber hinaus erhält man bei einem Flachspulentrafo eine deutlich höhere Leistungsdichte.The construction of the flat coil transformer is advantageous, it requires especially does not have as many vias as the toroidal transformer,  moreover, there are fewer individual layers for its production required. The flat coils show particular advantages transformer also regarding the dimensioning, which is relative can be set free of requirements, what with the toroid transformer with regard to the extreme via concentration at the kernin nenrand sometimes causes problems with large numbers of turns. In addition, you get one with a flat coil transformer significantly higher power density.

Schließlich zeigt Fig. 5 eine erfindungsgemäße Schaltungsan­ ordnung 40, umfassend einen Mikrotrafo 41 einer der vorbe­ schriebenen Arten, der auf einem Substrat 42 aus Halbleiter­ material aufgebracht ist. An der gegenüberliegenden Seite des Substrats ist eine Ansteuerschaltung 43 ausgebildet, was mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln auf dem Silizium- Substrat realisierbar ist. Die Ansteuerung kann auch auf der gleichen Seite des Substrats angeordnet sein. Eine galvani­ sche Trennung muss nur zwischen Ansteuerungs- und Auswer­ tungselektronik, sowie zwischen den Spulen vorliegen. Die Schaltungsanordnung 43 und der Mikrotrafo 41 sind miteinander kontaktiert, so dass der Mikrotrafo über die Schaltungsanord­ nung 43 angesteuert werden kann. Die gesamte Schaltungsanord­ nung ist in einem IC-Gehäuse (Integrated-circuit-Gehäuse) 44, an dem entsprechende Kontaktfüße 45 vorgesehen sind, so dass insgesamt ein SMD-Bauteil gebildet wird, dass in bekannter Weise auf Leiterplatten verbaut werden kann.Finally, FIG. 5 shows a circuit arrangement 40 according to the invention, comprising a micro-transformer 41 of one of the types described above, which is applied to a substrate 42 made of semiconductor material. A control circuit 43 is formed on the opposite side of the substrate, which can be implemented on the silicon substrate using simple circuitry means. The control can also be arranged on the same side of the substrate. Galvanic isolation only has to exist between the control and evaluation electronics and between the coils. The circuit arrangement 43 and the micro transformer 41 are in contact with one another, so that the micro transformer can be controlled via the circuit arrangement 43 . The entire circuit arrangement is in an IC housing (integrated circuit housing) 44 , on which corresponding contact feet 45 are provided, so that overall an SMD component is formed which can be installed on printed circuit boards in a known manner.

Eine weitere Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 46 zeigt Fig. 6. Dort kommt zum einen eine Schaltungsanordnung 40 der vorgeschriebenen Art zum Einsatz, ferner ist an einem weiteren Substrat 47, bevorzugt ebenfalls aus Silizium, eine über den Mikrotrafo 41 zu versorgende weitere Schaltung 48 ausgebildet, die von der Schaltungsanordnung 40 galvanisch getrennt ist, und über eine entsprechende Leitungsverbindung 49 mit dem Mikrotrafo kontaktiert ist. Auch hier ist die ge­ samte Schaltungsanordnung in einem IC-Gehäuse 50 mit geeigne­ ten Anschlussbeinen 51 integriert. Ferner kann auch hier die Ansteuerung auf der gleichen Seite des Substrats angeordnet sein. Eine galvanische Trennung muss nur zwischen Ansteue­ rungs- und Auswertungselektronik, sowie zwischen den Spulen vorliegen.A further embodiment of a circuit arrangement 46 is shown in FIG. 6. There, on the one hand, a circuit arrangement 40 of the prescribed type is used, and on a further substrate 47 , preferably also made of silicon, a further circuit 48 , which is to be supplied via the micro-transformer 41 , is formed is electrically isolated from the circuit arrangement 40 , and is contacted with the microtrafo via a corresponding line connection 49 . Here, too, the entire circuit arrangement is integrated in an IC housing 50 with suitable connecting legs 51 . Furthermore, the control can also be arranged on the same side of the substrate. Electrical isolation only has to exist between the control and evaluation electronics and between the coils.

Claims (18)

1. In ein IC-Gehäuse integrierbarer Mikrotrafo, der auf einem Substrat (9, 23) aus einem Halbleitermaterial angeordnet ist und mindestens zwei mehrere Windungen aufweisende Spulen (2, 3, 28, 29) und einen die Spulen magnetisch koppelnden Kern (4, 24) umfasst, wobei jede Spule aus einem bezogen auf das Substrat unteren und einem oberen Spulenteil (5, 6, 26, 27 bzw. 13, 14, 32, 33) besteht, die jeweils aus wenigstens ei­ nem Spulenleiterabschnitt (6, 7, 15, 16, 30, 31, 34, 35) be­ stehen und die zur Bildung der jeweiligen Spule (2, 3, 28, 29) miteinander kontaktiert sind, wobei die jeweils oberen und die jeweils unteren Spulenteile der beiden Spulen im We­ sentlichen jeweils in einer Ebene liegen und derart angeord­ net sind, dass die resultierenden Spulen (2, 3) oder die bei­ den Spulenteile (26, 27, 32, 33) selbst ineinander gewunden sind.1. A micro-transformer that can be integrated into an IC housing, is arranged on a substrate ( 9 , 23 ) made of a semiconductor material and has at least two coils ( 2 , 3 , 28 , 29 ) having a plurality of turns and a core ( 4 , magnetically coupling the coils) 24 ), each coil consisting of a lower and an upper coil part ( 5 , 6 , 26 , 27 and 13 , 14 , 32 , 33 ) relative to the substrate, each of which consists of at least one coil conductor section ( 6 , 7 , 15 , 16 , 30 , 31 , 34 , 35 ) are available and which are in contact with each other to form the respective coil ( 2 , 3 , 28 , 29 ), the upper and lower coil parts of the two coils being essentially each lie in one plane and are arranged in such a way that the resulting coils ( 2 , 3 ) or those of the coil parts ( 26 , 27 , 32 , 33 ) are themselves wound into one another. 2. Mikrotrafo nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass ein Kern in Form eines Ringkerns (4) mit unterhalb und oberhalb angeordneten Spulen­ abschnitten (5, 6, 13, 14) ausgebildet ist, wobei die im We­ sentlichen geradlinigen Leiterabschnitte (7, 8, 15, 16) eines jeden Spulenteils im Wesentlichen radial nach außen laufen und die Leiterabschnitte (7, 8, 15, 16) der beiden Spulentei­ le einer Ebene einander abwechselnd angeordnet sind, und wo­ bei die inneren und äußeren Enden der beiden übereinander liegenden Spulenteile (5, 14, 6, 13) einer Spule (2, 3) mit­ einander verbunden sind.2. Microtrafo according to claim 1, characterized in that a core in the form of a toroidal core ( 4 ) with sections arranged above and below ( 5 , 6 , 13 , 14 ) is formed, the essentially straight conductor sections ( 7 , 8 , 15 , 16 ) of each coil part run substantially radially outwards and the conductor sections ( 7 , 8 , 15 , 16 ) of the two coil parts of a plane are arranged alternately with one another, and where the inner and outer ends of the two lie one above the other Coil parts ( 5 , 14 , 6 , 13 ) of a coil ( 2 , 3 ) are connected to each other. 3. Mikrotrafo nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Ringkern (4) aus mehre­ ren gegeneinander isolierten Schichten besteht.3. Microtrafo according to claim 2, characterized in that the toroidal core ( 4 ) consists of several mutually insulated layers. 4. Mikrotrafo nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Ringkern (4) gegen die Spulen (2, 3) und die Spulen (2, 3) gegeneinander isolierende Isolierung (20) vorgesehen ist, in welcher der Durchkontaktierung der Spulenteile (5, 6, 13, 14) dienende und entsprechend der Lage der unteren und oberen Enden der Leiterabschnitte (7, 8, 15, 16) positionierte Vias (12) vor­ gesehen sind.4. Microtrafo according to claim 2 or 3, characterized in that a the ring core ( 4 ) against the coils ( 2 , 3 ) and the coils ( 2 , 3 ) against each other isolating insulation ( 20 ) is provided, in which the plated-through hole of the coil parts ( 5 , 6 , 13 , 14 ) serving and according to the position of the lower and upper ends of the conductor sections ( 7 , 8 , 15 , 16 ) positioned vias ( 12 ) are seen before. 5. Mikrotrafo nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, dass eine auf dem Substrat (9) vorgesehene Abschirmschicht (19) aus magne­ tischem Material vorgesehen ist.5. Microtrafo according to one of claims 2 to 4, characterized in that a shielding layer ( 19 ) provided on the substrate ( 9 ) is provided made of magnetic material. 6. Mikrotrafo nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass eine oberseitige Abschirmschicht (21) aus magnetischem Material vorgesehen ist.6. Microtrafo according to one of claims 2 to 5, characterized in that an upper-side shielding layer ( 21 ) made of magnetic material is provided. 7. Mikrotrafo nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Spulenteile (26, 27, 32, 33) als Flachspulen ausgebildet sind, deren einstückige Leiterabschnitte (30, 31, 34, 35) sich von außen nach innen winden, wobei die inneren Enden der beiden jeweils eine Spule (28, 29) bildenden, übereinander liegenden Spulenteile (26, 33 bzw. 27, 32) kontaktiert sind.7. Microtrafo according to claim 1, characterized in that the coil parts ( 26 , 27 , 32 , 33 ) are designed as flat coils, the one-piece conductor sections ( 30 , 31 , 34 , 35 ) winding from the outside inwards, the inner ones Ends of the two coil parts ( 26 , 33 and 27 , 32 ), one above the other, forming a coil ( 28 , 29 ) are contacted. 8. Mikrotrafo nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass sich die Leiterabschnitte (30, 31, 34, 35) spiralförmig nach innen winden, oder als im Wesentlichen rechteckige Schleifen ausgebildet sind.8. Microtrafo according to claim 7, characterized in that the conductor sections ( 30 , 31 , 34 , 35 ) spiral inwards, or are designed as essentially rectangular loops. 9. Mikrotrafo nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (24) die Spu­ lenteile (26, 27, 32, 33) zumindest ober- und unterseitig ü­ berdeckt.9. Microtrafo according to claim 7 or 8, characterized in that the core ( 24 ) covers the coil parts ( 26 , 27 , 32 , 33 ) at least above and below. 10. Mikrotrafo nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Kern (24) zumindest an einer Seite, vorzugsweise an mehreren Seiten geschlossen ist. 10. Microtrafo according to claim 9, characterized in that the core ( 24 ) is closed at least on one side, preferably on several sides. 11. Mikrotrafo nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, dass der Kern einen zwischen den Spulenteilen angeordneten Kernabschnitt aufweist.11. Micro transformer according to one of claims 8 to 10, there characterized by that the core a core section arranged between the coil parts having. 12. Mikrotrafo nach einem der Ansprüche 7 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, dass eine den Kern (24) gegen die Spulen (28, 29) und die Spulen (28, 29) gegeneinander isolierende Isolierung (25) vorgesehen ist, wo­ bei in der Isolierung (25) und gegebenenfalls dem mittleren Kernabschnitt der Durchkontaktierung der Spulenteile (26, 27, 32, 33) dienende und entsprechend der Lage der inneren Enden der Leiterabschnitte (30, 31, 34, 35) positionierte Vias vor­ gesehen sind.12. Microtrafo according to one of claims 7 to 11, characterized in that a core ( 24 ) against the coils ( 28 , 29 ) and the coils ( 28 , 29 ) against each other insulating ( 25 ) is provided, where in the insulation ( 25 ) and optionally the central core section of the plated-through hole of the coil parts ( 26 , 27 , 32 , 33 ) serving and positioned according to the position of the inner ends of the conductor sections ( 30 , 31 , 34 , 35 ) are seen before. 13. Mikrotrafo nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (9, 23) ein Silizium-Substrat ist.13. Micro transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 9 , 23 ) is a silicon substrate. 14. Mikrotrafo nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er in ein IC-Gehäuse integriert ist.14. Microtrafo according to one of the preceding claims, characterized in that he is integrated in an IC package. 15. Schaltungsanordnung, umfassend einen auf einem Halblei­ tersubstrat ausgebildeten Mikrotrafo nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei auf dem Substrat (42) weiterhin eine der An­ steuerung des Mikrotrafos (41) dienende Schaltung (43) vorge­ sehen ist, die mit dem Mikrotrafo (41) kontaktiert ist.15. A circuit arrangement comprising a semiconductor substrate formed on a semiconductor substrate according to one of claims 1 to 13, wherein on the substrate ( 42 ) further one of the control of the micro-transformer ( 41 ) serving circuit ( 43 ) is provided, which with the micro-transformer ( 41 ) is contacted. 16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat ferner eine über den Mikrotrafo zu versorgende weitere Schaltung ausgebildet ist, die vom Mikrotrafo galvanisch getrennt ist.16. Circuit arrangement according to claim 14, characterized characterized that further on the substrate a further circuit to be supplied via the micro transformer is formed, which is galvanically isolated from the micro-transformer. 17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14 oder 15, da­ durch gekennzeichnet, dass sie in einem IC-Gehäuse (44) integriert ist. 17. Circuit arrangement according to claim 14 or 15, characterized in that it is integrated in an IC housing ( 44 ). 18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem weiteren Halbleitersubstrat(47) eine über den Mikrotrafo (41) zu ver­ sorgende weitere Schaltung (48) ausgebildet ist, die vom Mik­ rotrafo (41) galvanisch getrennt ist, wobei beide Substrate (42, 47) in einem gemeinsamen IC-Gehäuse (50) integriert sind.18. Circuit arrangement according to claim 14, characterized in that on a further semiconductor substrate ( 47 ) is formed via the microtrafo ( 41 ) to be provided further circuit ( 48 ), which is galvanically separated from the microtrafo ( 41 ), both substrates ( 42 , 47 ) are integrated in a common IC housing ( 50 ).
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