DE10104648B4

DE10104648B4 - RF microinductance

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Publication number: DE10104648B4
Application number: DE10104648A
Authority: DE
Inventors: Axel von der Dr. Weth; Klaus Dr. Seemann; Immanuel Fergen
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2021-02-03
Also published as: DE10104648A1

Abstract

Hochfrequenz-Mikroinduktivität, bestehend aus mindestens zwei in einer rechteckig begrenzenden Ebene unter Spaltbildung zueinander angeordneten, bandförmigen, mit ihrer jeweiligen Längsachse parallel zueinander liegenden, gleich langen und für den vorgesehenen magnetischen Fluß durch sie notwendig dicken Kernen aus magnetisch permeablem Material, die mit mindestens einer elektrischen Wicklung umwickelt sind, dadurch gekennzeichnet,
dass das Material der Kerne unidirektional magnetisch anisotrop ist,
dass die Wicklung einlagig ist,
dass der Leiter der Wicklung aus viereckigen Bandelementen mit jeweils mindestens zwei parallelen Seiten besteht, die sich über Seiten gleicher Länge aneinander reihen, und der so gebildete Leiter der Wicklung die Kerne geflecht- oder gewebeartig umgibt.High-frequency micro-inductance, consisting of at least two band-shaped cores arranged in a rectangular delimiting plane with the formation of a gap with one another, with their respective longitudinal axes parallel to one another, of equal length and which are necessary for the intended magnetic flux through them and made of magnetically permeable material with at least one electrical winding are wrapped, characterized in
that the material of the cores is unidirectionally magnetically anisotropic,
that the winding is one layer,
that the conductor of the winding consists of square band elements, each with at least two parallel sides, which are lined up over sides of the same length, and the conductor of the winding formed in this way surrounds the cores in a braid or fabric-like manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Mikroinduktivität, der aus mindestens zwei Körpern/Kernen besteht, die mit mindestens einer elektrischen Wicklung umwickelt sind. Die Anordnung ist in einer rechteckig begrenzenden Ebene unter Spaltbildung zueinander angebracht. Die Körper/Kerne sind bandförmig und liegen mit ihrer jeweiligen Längsachse parallel zueinander. Sie sind aus magnetisch permeablem Material, gleich lang und für den vorgesehenen magnetischen Fluß durch sie notwendig dick.The invention relates to a high-frequency microinductance, the at least two bodies / cores exists, which is wrapped with at least one electrical winding are. The arrangement is below in a rectangular bounding plane Gap attached to each other. The bodies / cores are band-shaped and lie with their respective longitudinal axis parallel to each other. They are made of magnetically permeable material, same length and for the intended magnetic flux through them is necessarily thick.

Aus der Transformatortechnik sind Induktivitäten aus isotropen, magnetisch permeablen Materialien bekannt. Hochfrequenz-Induktivitäten sind als HF-Mikroinduktivitäten für die Mikrosystemtechnik oder integrierte Schaltkreistechnik in On-Die-Bauweise (On Die = englisch: auf einem Chip oder einem Substrat sitzend) bekannt, bei ihnen werden für die felddurchfluteten Kerne Materialien mit einer einachsigen, uniaxialen, Anisotropie verwendet, um auch noch bei hohen Frequenzen wirksam zu sein.Are from transformer technology inductors known from isotropic, magnetically permeable materials. High frequency inductors are as RF microinductors for the Microsystem technology or integrated circuit technology in on-die construction (on die = English: sitting on a chip or a substrate) known, be with them for the field-flooded cores materials with a uniaxial, uniaxial, Anisotropy used to be effective even at high frequencies to be.

Durch die Formgebung der magnetisch durchflossenen Teile wird eine Reduktion der aus dem Bauteil austretenden Felder erreicht, welche die Bildung von Abschirmströmen in Trägereinrichtungen für das Bauteil oder elektromagnetische Störungen in benachbarten Baugruppen stark vermindert. Der Aufbau einer Hochfrequenz-Mikroinduktivität ist vergleichsweise kompakt, dadurch können parasitäre Kapazitäten klein gehalten werden. Durch geschickte Konditionierung und Ausnutzung der Oberfläche können widerstandsverringernde Leiteranordnungen verwendet werden, die eine Steigerung der Güte ermöglichen.Due to the shape of the magnetically flowed Parts becomes a reduction in the fields emerging from the component achieved, which the formation of shielding currents in support devices for the component or electromagnetic interference greatly reduced in neighboring assemblies. The structure of a high-frequency microinductance is comparative compact, so can parasitic capacities small being held. Through skillful conditioning and exploitation the surface can resistance-reducing conductor arrangements are used, the an increase in kindness enable.

Eine mit mikrotechnischen Mitteln aufgebaute Mikroinduktivität oder ein solchermaßen hergestellter Mikrotransformator und ein Verfahren zur Herstellung ist in der FR 2 793 943 beschrieben. Mit Mitteln der Mikrotechnologie werden Vertiefungen in einen Kern, der magnetisch oder nichtmagnetisch sein kann, geritzt oder gefräst und anschließend auf galvanischem Wege der Spulenleiter in diese Rillen um diesen Kern gelegt. Ergänzend ist noch die DE 44 10 956 A1 erwähnt, die den streifenmäßigen Aufbau einer Drossel für die Stromrichtertechnik auf einem Substrat beschreibt und zeigt wie die beidseitig des Substrats liegenden Leiterstreifen durch das Substrat hindurch verbunden sind.A microinductance constructed using microtechnical means or a microtransformer manufactured in this way and a method for producing it are shown in US Pat FR 2 793 943 described. Using microtechnology, indentations are carved or milled into a core, which can be magnetic or non-magnetic, and then placed in the grooves around this core by galvanic means of the coil conductors. This is complementary DE 44 10 956 A1 mentioned, which describes the strip-like structure of a choke for converter technology on a substrate and shows how the conductor strips lying on both sides of the substrate are connected through the substrate.

Eine Beschaltung, die einen gegenseitig sich verstärkenden Magnetfluß bewirkt, ist bekannt, siehe beispielsweise DE 198 08 341 A1 . In Ergänzung dazu ist noch zur Feldauslöschung oder -verstärkung auf die spezielle aber bekannte Wickeltechnik an Entstörungsdrosseln hingewiesen, wie das in der GB 1 101 857 mit Blick auf Einphasen-Kommutatormotoren, aber nicht darauf beschränkt, erläutert wird.A circuit that causes a mutually reinforcing magnetic flux is known, see for example DE 198 08 341 A1 , In addition to the field extinguishing or reinforcement, reference is made to the special but known winding technology on interference suppression chokes, such as that in the GB 1 101 857 with regard to, but not limited to, single-phase commutator motors.

Auch ist das Vorhandensein von einem Spalt, der den Kern durchtrennt, bekannt, siehe hierzu beispielsweise DE 761 005 A1 und DE 28 03 540 A1 .The presence of a gap that cuts through the core is also known, see, for example, this DE 761 005 A1 and DE 28 03 540 A1 ,

Eine Ringkerndrossel oder eine toroidale Mikroinduktivität ist vom Aufbau und Wirkungsweise her ähnlich, ist aber nur mit isotropem Kernmaterial aufgebaut. Magnetische Materialien mit einachsiger, im technischen Sprachgebrauch uniaxialer Anisotropie können nicht verwendet werden. Nach derzeitigem Stand der Materialentwicklung sind isotrope magnetische Materialien für den Frequenzbereich oberhalb 1 GHz nicht mehr geeignet [siehe "Ferromagnetismus" von Kneller, E., Seiten 642 und 643, "Snoek'sche Limit" (Seite 643), Springer Verlag Berlin/Göttingen/Heidelberg, 1962].A toroidal choke or a toroidal one microinductance is similar in structure and mode of action, but is only with isotropic Core material built up. Magnetic materials with uniaxial, in Technical usage of uniaxial anisotropy cannot be used. According to the current status of material development are isotropic magnetic materials for the frequency range above 1 GHz no longer suitable [see "Ferromagnetism" from Kneller, E., pages 642 and 643, "Snoek Limit" (page 643), Springer Verlag Berlin / Göttingen / Heidelberg, 1962].

In der Mikrosystemtechnik wird das Solenoid bereits als Planarspule – Spulenachse steht senkrecht auf dem Substrat – verwendet. Für hohe Frequenzen sind diese nur eingeschränkt geeignet, da Abschirmströme im Substrat, welche die Induktivität verringern, angeregt werden. Diese Bauteile haben im hochfrequenztechnischen Einsatz eine geringe Güte.In microsystem technology, that will be Solenoid already as a planar coil - coil axis is vertical on the substrate - used. For high Frequencies are only suitable to a limited extent, since shielding currents in the substrate, which reduce inductance, be stimulated. These components have a high frequency Use a low grade.

Da die Anordnung insbesondere bei Benutzung von hohen Frequenzen wenig effizient ist, wächst die Größe des Bauteils an, was eine Erhöhung der parasitären Kapazitäten mit sich bringt. Durch Verwendung von zusätzlichen magnetischen Schichten an der Stirnflächen der Planarspule kann zwar die Induktivität gesteigert werden, aber die Grenzfrequenz der Spule sinkt. Eine Steigerung der Güte durch Verwendung von breiteren Leiterelementen bei einer Planarspule ist wegen des Anwachsen der dann benötigten Fläche nur in einem kleinen Bereich möglich [Shinji Tanabe, Yasuhiro Shiraki, Kenji Itoh, Masahiro Yamaguchi, Ken-ichi Arai, FEM Analysis of Thin Film Inductors Used in GHz Frequenzy Bands, IEEE Transactions on Magnetics., 35, (1999) 3580–3582]. Oberhalb von 0,1 GHz ist dieser Aufbau wegen zu stark in Vordergrund tretenden Kapazitäts- und Wirbelstromproblemen uninteressant und funktioniert nur mit magnetisch isotropen Materialien.Because the arrangement in particular Using high frequencies is not efficient, the grows Component size at what an increase the parasitic capacities brings with it. By using additional magnetic layers on the end faces the inductance of the planar coil can be increased, but the cutoff frequency the coil sinks. An increase in quality by using wider ones Conductor elements in a planar coil is due to the growth of then needed area only possible in a small area [Shinji Tanabe, Yasuhiro Shiraki, Kenji Itoh, Masahiro Yamaguchi, Ken-ichi Arai, FEM Analysis of Thin Film Inductors Used in GHz Frequency Bands, IEEE Transactions on Magnetics., 35, (1999) 3580-3582]. Above 0.1 GHz is this build-up due to capacity and Eddy current problems uninteresting and only works with magnetic isotropic materials.

Eine weiter Gruppe sind Solenoide, deren Spulenachse parallel zum Substrat steht. Auch diese sind für den hohen Frequenzbereich wegen der Anregung von Abschirmströmen im Substrat nur bedingt geeignet, da das Streufeld an den Stirnflächen austritt. Es kann jedoch zur Induktivitätssteigerung ein Kern aus einem Material mit magnetischer uniaxialer Anisotropie verwendet werden [J. Driesen, W. Ruythooren, R. Belmans, J. De Boeck, J-P. Celis, K-Hameyer, Electric And Magnetic FEM Modeling Strategies For Micro-Inductors, IEEE Transactions on Magnetics., 35, (1999) 3577–3579].Another group are solenoids, whose coil axis is parallel to the substrate. These are also for the tall Frequency range due to the excitation of shielding currents in the substrate only suitable to a limited extent because the stray field emerges at the end faces. However, it can increase inductance Core made of a material with magnetic uniaxial anisotropy can be used [J. Driesen, W. Ruythooren, R. Belmans, J. De Boeck, J-P. Celis, K-Hameyer, Electric And Magnetic FEM Modeling Strategies For Micro-Inductors, IEEE Transactions on Magnetics., 35, (1999) 3577-3579].

Weiter werden Streifenleiter als Induktivitäten verwandt. Ihre erreichbare Güte ist im genannten Frequenzbereich wegen der geringen Induktivität für technische Anwendung zu gering. Zur Steigerung der Güte kann der Leiter mit einem magnetischen Material umgeben werden. Diese Lösung wird bereits als makroskopisches Bauteil mit isotropen magnetischen Materialien benutzt und in der Literatur als Mikroinduktoranwendung diskutiert [A. Gromov, V. Korenivskim, K. V. Rao R. B. van Dover, P. M. Mankiewich, A Model for Impedance of Planar RF Inductors Based on Magnetic Films, IEEE Transactions on Magnetics, 34, (1998) 1246–1249]. Da hierbei beispielsweise die Formanisotropie dünner Schichten nicht berücksichtigt wird und die benutzten Voraussetzungen stark vereinfachend sind, ist die Anwendung in der Mikrosystemtechnik eher fraglich. Die Anordnung führt zu einer erheblichen Anregung von Abschirmströmen im Substrat, was die industrielle Hochfrequenz-Anwendung erschwert. Da mit erheblichen Streufelder zu rechnen ist, muß auch dies beim Design der umliegenden elektromagnetischen Baugruppen berücksichtigt werden.Strip lines are also used as inductors. Their achievable quality is too low for technical applications in the frequency range mentioned because of the low inductance. To increase the Goodness, the conductor can be surrounded with a magnetic material. This solution is already used as a macroscopic component with isotropic magnetic materials and is discussed in the literature as a microinductor application [A. Gromov, V. Korenivskim, KV Rao RB van Dover, PM Mankiewich, A Model for Impedance of Planar RF Inductors Based on Magnetic Films, IEEE Transactions on Magnetics, 34, (1998) 1246–1249]. Since, for example, the shape anisotropy of thin layers is not taken into account here and the conditions used are greatly simplified, the application in microsystem technology is rather questionable. The arrangement leads to a considerable excitation of shielding currents in the substrate, which makes industrial high-frequency application difficult. Since considerable stray fields can be expected, this must also be taken into account when designing the surrounding electromagnetic assemblies.

Zusammenfassend ist zum bekannten einschlägigen Stand der Technik zu sagen:
Ringkerndrosseln, die aus Materialien mit magnetisch uniaxialer Anisotropie aufgebaut sind, sind unwirksam. Mit magnetisch isotropen Materialien aufgebaute, sind für den vorgesehenen Frequenzbereich nicht verwendbar.In summary, it can be said about the known relevant prior art:
Toroidal chokes made of materials with magnetically uniaxial anisotropy are ineffective. Magnetic isotropic materials cannot be used for the intended frequency range.

Solenoide sind wegen der Streufelder, die Abschirmströme und damit Störungen in benachbarten Baugruppen hervorrufen, nicht geeignet.Solenoids are because of the stray fields, the shielding currents and with it disturbances in neighboring assemblies, not suitable.

Streifenleiter haben zu geringe Induktivität oder zu hohe parasitäre Kapazität.Strip lines have too low inductance or too high parasitic Capacity.

All diese Unzulänglichkeiten führen zu der Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, nämlich ein wirtschaftlich und für die industrielle Fertigung geeignetes Konzept von Hochleistungsinduktivitäten für die Hochfrequenztechnik bereitzustellen.All of these shortcomings lead to the task on which the invention is based, namely an economical and for the industrial manufacturing suitable concept of high power inductors for high frequency technology provide.

Die Aufgabe wird durch eine Hochfrequenz-Mikroinduktivität gemäß dem Oberbegriff und den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The task is accomplished by a high frequency microinductance according to the generic term and the characterizing features of claim 1 solved.

Der Kern von ihr ist aus einem Material, das unidirektional magnetisch anisotrop ist.The core of it is made of a material which is unidirectionally magnetically anisotropic.

Aus wirtschaftlichen Fertigungsgründen ist die Wicklung einlagig.For economic manufacturing reasons Single layer winding.

Der Leiter der Wicklung besteht aus viereckigen Bandelementen mit jeweils mindestens zwei parallelen Seiten, die sich über Seiten gleicher Länge aneinander reihen. Der so gebildete Leiter der Wicklung umgibt die Kerne geflecht- oder gewebeartig.The winding head consists of square band elements, each with at least two parallel ones Pages that are about Sides of equal length together series. The winding conductor thus formed surrounds the cores braided or fabric-like.

In den Unteransprüchen sind Eigenschaften oder Bauformen beschrieben, die den Betrieb in der bevorzugten Form leichter zulassen. So ist gemäß Anspruch 2 die Vorzugsrichtung der Anisotropie in Richtung der Kernlängsachse ausgerichtet.In the subclaims are properties or Described designs that make operation in the preferred form easier allow. So is according to claim 2 the preferred direction of anisotropy in the direction of the core longitudinal axis aligned.

Um die Wicklung über die bekannten Ätz- und Beschichtungsverfahren mit dem notwendigen Aufwand zu erreichen, haben die Bandelemente an den beiden außenliegenden Kernen Trapezform und die an den innenliegenden Kernen, falls vorhanden, Rechteckform (Anspruch 3).To the winding on the well-known etching and To achieve coating processes with the necessary effort, the band elements have a trapezoidal shape on the two outer cores and the rectangular shape on the inner cores, if present (Claim 3).

Eine andere mögliche und brauchbare Form der Bandelemente der Kerne ist das Parallelogramm (Anspruch 4).Another possible and useful form of Band elements of the cores is the parallelogram (claim 4).

Bei nur zwei Kernen wird die Breite derselben wegen des magnetischen Flusses gleich sein, bei einem oder mehreren dazwi schen liegenden Kernen haben diese mindestens die breite der beiden außen liegenden (Anspruch 5).With only two cores, the width same because of the magnetic flux, at one or at least several cores in between have these the width of the two outside lying (claim 5).

Die Hochfrequenz-Mikroinduktivität ist für hohe Grenzfrequenzen bis zu 10 GHz mit ausreichender Güte Q < 500 realisierbar. Zweckmäßigerweise liegt die HF-Permeabilität in der Richtung der Magnetfeldachse in den Kernen. Durch die Anordnung der Leiterelemente und der Körper oder Schichten aus magnetischem Material werden die Abschirmströme ganz wesentlich reduziert. Da die Bauform sehr kompakt gehalten werden kann, ist die parasitäre Kapazität gering.The high frequency microinductance is for high cutoff frequencies up to 10 GHz with sufficient quality Q <500 possible. Conveniently, is the RF permeability in the direction of the magnetic field axis in the cores. By the arrangement the ladder elements and the body or layers of magnetic material, the shielding currents become whole significantly reduced. Because the design is kept very compact can is the most parasitic capacity low.

Ausführungsbeispiele der Hochfrequenz-Mikroinduktivität werden im folgenden anhand der 1 bis 8 näher erläutert . Es zeigen:Exemplary embodiments of the high-frequency microinductance are described below with reference to the 1 to 8th explained in more detail. Show it:

1 die Prinzipskizze der Hochfrequenz-Mikroinduktivität, 1 the outline of the high-frequency micro-inductance,

2 die Bandwicklung für die Hochfrequenz-Mikroinduktivität, 2 the tape winding for the high frequency microinductance,

3a der Aufbau aus Doppeltrapezelementen bei zwei Kernen, 3a the construction of double trapezoidal elements with two cores,

3b der Aufbau aus Doppeltrapez- und Rechteckelementen bei mehr als zwei Kernen, 3b the construction of double trapezoidal and rectangular elements with more than two cores,

4 die Hochfrequenz-Mikroinduktivität mit sekundärer Wicklungen als HF-Übertrager, 4 the high-frequency microinductance with secondary windings as an RF transmitter,

5 die Hochfrequenz-Mikroinduktivität im Spalt eines C-Magneten, 5 the high-frequency microinductance in the gap of a C magnet,

6 der Induktivitätsverlauf der Hochfrequenz-Mikroinduktivität gemäß 3a. 6 the inductance curve according to the high-frequency microinductance 3a ,

Die Hochfrequenz-Mikroinduktivität hat Dimensionen wie sie in 3a angedeutet sind. Sie ist eine Baukomponente für die Mikrosystemtechnik in Planartechnik und findet Verwendung in Einrichtungen für hohe Frequenzen von 1–10 GHz. Sie ist in Dünnschichttechnik hergestellt. Die Hochfrequenz-Mikroinduktivität ist, damit die für den Einsatz notwendige Physik, also die geplante mikrowellentechnische Eigenschaft, hervorgehoben besteht, in seiner Baulänge begrenzt, und zwar gilt als obere Schranke für die Baulänge in x-Richtung 1x (siehe Koordinatensystem in 1 und 5)

The high frequency microinductance has dimensions as in 3a are indicated. It is a component for microsystem technology in planar technology and is used in facilities for high frequencies of 1–10 GHz. It is made using thin-film technology. The high-frequency micro-inductance is limited in its overall length so that the physics required for the application, i.e. the planned microwave-technical property, is emphasized, namely as the upper limit for the overall length in the x-direction 1x (see coordinate system in 1 and 5 )

α ist ein reiner Zahlenfaktor; für die technische Anwendung hat sich 0,1 als optimal herausgestellt. c ist die Lichtgeschwindigkeit, f die Frequenz und μ_rx die relative magnetische Permeabilitätskonstante in x-Richtung.α is a pure number factor; 0.1 has turned out to be optimal for the technical application. c is the speed of light, f is the frequency and μ _rx the relative magnetic permeability constant in the x direction.

Zunächst soll das Prinzip anhand der 1 vorgestellt werden: Die Hochfrequenz-Mikroinduktivität besteht aus zwei parallelen, zweckmäßigerweise rechteckigen Körpern – im magnettechnischen Sprachgebrauch: Kernen – aus einem magnetisch permeablen Material. Auf jedem Eisenkern ist ein Solenoid gewickelt. Beide Solenoide können elektrisch unterschiedlich verschaltet sein, einmal jeweils separat angeschlossen, zum andern in Reihe oder parallel, aber auf jeden Fall so, daß das Magnetfeld im einen Kern die entgegengesetzte Richtung wie die im andern hat. Damit besteht bei Bestromung beider Solenoide ein magnetischer Kreis, und zwar durch die beiden Kerne und über die beiden Spalte an den jeweiligen Endbereichen der Anordnung, der magnetische Fluß schließt also über die beiden Spalte. Der Spalt kann mit demselben magnetischen Material gefüllt sein. Bei Verwendung magnetisch anisotroper Materialien vorzugsweise mit einer Anisotropie, die von einem Kern in Richtung des andern die Vorzugsrichtung hat. Der Spalt sollte für den hochfrequenztechnischen Einsatz so klein wie möglich sein, zumindest so klein, daß für den Betrieb noch hinreichende elektrische Isolationsfestigkeit besteht. Die Baugröße der gesamten Anordnung ist auch durch parasitäre Kapazitäten begrenzt.First, the principle should be based on the 1 are presented: The high-frequency micro-inductance consists of two parallel, expediently rectangular bodies - in magnetic terms: cores - made of a magnetically permeable material. A solenoid is wound on each iron core. Both solenoids can be electrically connected differently, once each separately connected, the other in series or in parallel, but in any case so that the magnetic field in one core has the opposite direction to that in the other. Thus, when both solenoids are energized, there is a magnetic circuit, namely through the two cores and over the two gaps at the respective end regions of the arrangement, the magnetic flux thus closes over the two gaps. The gap can be filled with the same magnetic material. When using magnetically anisotropic materials, preferably with an anisotropy that has the preferred direction from one core in the direction of the other. For high-frequency use, the gap should be as small as possible, at least so small that there is still sufficient electrical insulation resistance for operation. The size of the entire arrangement is also limited by parasitic capacitances.

Die beiden Solenoide sind in 2 aus einer Wicklung und damit nicht getrennt gewickelt. Für die optimale Güte der Hochfrequenz-Mikroinduktivität ist es günstig, den oberen und unteren Solenoiden ineinander zu integrieren. Die skizzierte Wickeltechnik zeigt, daß sich immer eine Windung des oberen Solenoiden an eine des unteren in Reihe anschließt liegt und umgekehrt, bis die ganze Wicklung fertig ist. Auch ist der jeweilige Wickelsinn derartig, daß sich die beiden erzeugten Magnetfelder im Kreis addieren und nicht subtrahieren bzw. aufheben. Es liegen hier also nicht zwei getrennte Solenoiden hintereinander. Dieser Aufbau läßt sich mit der Planartechnik oder Schichttechnik durch sukzessives Aufbauen der Lagen einfach herstellen. Allerdings müssen die jeweiligen Leiterverbindungen im Spalt und an den äußeren Längskanten nachträglich angebracht werden.The two solenoids are in 2 from one winding and therefore not wound separately. For the optimal quality of the high-frequency microinductance, it is favorable to integrate the upper and lower solenoids into one another. The sketched winding technique shows that one turn of the upper solenoid is always connected in series to one of the lower and vice versa until the entire winding is finished. The respective winding direction is such that the two magnetic fields generated add up in a circle and do not subtract or cancel. So there are not two separate solenoids in a row. This structure can be easily created with planar technology or layering technology by successively building up the layers. However, the respective conductor connections must be retrofitted in the gap and on the outer longitudinal edges.

Herstellungstechnisch günstig – das auch in seinen hochfrequenztechnischen Eigenschaften – ist der Aufbau gemäß 3a. Die Wicklung, im Prinzip wie in 2, wird aus doppeltrapezförmigen Leiterelementen aus Kupfer oder Aluminium durch Aneinanderreihen derselben aufgebaut. Die eine Hälfte der Doppeltrapezstruktur liegt auf der Rückseite des einen Körpers, die andere Hälfte wird durch den Spalt gezogen und auf dem andern Körper aufgelegt. Daran schließt sich das nächste doppeltrapezförmige Leiterelement in gleicher Manier an, bis der Doppelwickel auf den beiden oder Kernen fertig ist. Die Wicklung besteht bei diesem speziellen Aufbau aus sechs Doppeltrapezelementen aus Aluminium. An beiden Enden wird dann für den elektrischen Anschluß je noch eine Anschlußfahne angebracht. Der Aufbau durch Parallelogrammelemente geht entsprechend. Beide Kerne sind aus einer Eisenlegierung, in der die magnetische Anisotropie durch den Herstellungsprozeß einstellbar ist.In terms of production technology - also in its high-frequency properties - the structure is in accordance with 3a , The winding, in principle as in 2 , is constructed from double trapezoidal conductor elements made of copper or aluminum by stringing them together. One half of the double trapezoidal structure lies on the back of one body, the other half is pulled through the gap and placed on the other body. This is followed by the next double trapezoidal conductor element in the same manner until the double winding on the two or cores is finished. In this special construction, the winding consists of six double trapezoidal elements made of aluminum. A connecting lug is then attached to both ends for the electrical connection. The structure using parallelogram elements goes accordingly. Both cores are made of an iron alloy, in which the magnetic anisotropy can be adjusted by the manufacturing process.

Für den mehr als zweikernigen Aufbau genügt die Darstellung an der dreikernigen Anordnung gemäß 3b. Die Maße darin sind beispielhaft. Die trapezförmigen Leiterelemente liegen nach wie vor an den beiden äußeren Kernen, der dazwischen liegende Kern hat die rechteckigen Leiterstreifen anliegen, die beidseitig so breit wie die kleinere der beiden parallelen Trapezseiten sind und sich dort entlang auch anschließen. Im Gegensatz zu den beiden außen liegenden Kernen, die über die Wickelbreite bis auf den Windungsabstand fast vollständig mit den Leiterelementen belegt sind, ist die Belegung mit dieser Technik bei dem dazwischen liegenden Kern und damit bei dazwischen liegenden Kernen nur noch bis zur Hälfte der Fall. Die rechteckigen Leiterelemente reihen sich an einem dazwischen liegenden Kern entlang desselben abwechselnd hinten und vorne aneinander. Um bei mehr als zwei Kernen über die Wickelbreite hinweg eine höchstmögliche Abdeckung derselben durch den Leiter der Wicklung zu haben, muß jeder Kern mit einem Leiter für sich und nicht auch gleichzeitig mit einem oder den andern bewickelt werden.For the more than two-core structure, the representation on the three-core arrangement is sufficient 3b , The dimensions in it are exemplary. The trapezoidal conductor elements are still on the two outer cores, the core in between has the rectangular conductor strips that are as wide on both sides as the smaller of the two parallel trapezoidal sides and also connect along there. In contrast to the two outer cores, which are almost completely covered with the conductor elements over the winding width up to the winding spacing, the assignment with this technology is only half the case with the core in between and thus with the cores in between. The rectangular conductor elements are lined up alternately behind and in front on an intermediate core along the same. In order to have the greatest possible coverage of the same by the conductor of the winding for more than two cores across the winding width, each core must be wound with a conductor for itself and not also with one or the other at the same time.

6 zeigt den Verlauf der Induktivität der Hochfrequenz-Mikroinduktivität in nH in Abhängigkeit der in x-Richtung vorhandenen Permeabilität μ_rx, deren Wicklung gemäß 3a aus Doppeltrapezelementen aufgebaut sind. Die Kern- oder hier Eisenschichten haben die Kontur von 320 × 40 × 2 (μm)3. Die Permeabilität μ_ry in y-Richtung ist 1. Bei μ_rx = 1000 wird bei diesem Aufbau eine Induktivität von 3 nH erreicht. 6 shows the course of the inductance of the high-frequency microinductance in nH as a function of the permeability μ _rx present in the x direction, the winding of which according to 3a are constructed from double trapezoidal elements. The core or iron layers here have a contour of 320 × 40 × 2 (μm) 3. The permeability μ _ry in the y direction is 1. With μ _rx = 1000, an inductance of 3 nH is achieved with this structure.

Bevor vollends ein konkreter Aufbau vorgestellt wird, soll anhand der 4 auch die Struktur eines Hochfrequenzübertragers oder Transformators erklärt werden. Hauptsächliche Anwendungsgebiete dafür sind die Telekommunikation und dort in Baugruppen wie Sperrkreisen oder Mobiltelephonen in der Nachrichtentechnik, wie Satellitentechnik oder in der digitalen Netz werktechnik zur Datenfernübertragung, DFÜ, findet diese Technologie Eingang, weil damit eine weitere Miniaturisierung gegeben ist.Before a concrete structure is fully presented, the 4 the structure of a high-frequency transformer or transformer can also be explained. The main areas of application for this are telecommunications, and this technology finds its way into modules such as blocking circles or mobile telephones in communications technology, such as satellite technology or in digital network technology for remote data transmission (EDI), because it provides further miniaturization.

Das Prinzip der antiparallelen magnetischen Anregung wird zum Bau eines Hochfrequenzübertragers verwendet und damit die galvanische Trennung von Stromkreisen erreicht, oder es wird zum Bau eines Mikrotransformators (4) verwendet. Sowohl für eine Hochfrequenz-Mikroinduktivität (1 bis 3) als auch für den auf diesem Prinzip beruhenden Hochfrequenzübertrager wird der Frequenzbereich durch das Einprägen einer Anisotropie erhöht. Im vorliegenden Fall wird dies durch ein externes, zur Hochfrequenz-Mikroinduktivität senkrechtes und statisches Magnetfeld erreicht, welches beispielsweise von einem Planaren H- oder C-Magneten (4) erzeugt wird. Der Kern des Planaren H- oder C-Magneten besteht aus vereinfachenden fertigungstechnischen Gründen ebenfalls aus demselben Material mit uniaxialer Anisotropie. Durch Variation dieses statischen Magnetfeldes wird die Grenzfrequenz des Bauteils mit steigender magnetischer Flußdichte erhöht, bzw. die Induktivität verringert. Aus einbautechnischen oder anschlußtechnischen Gründen dürfte der C-Magnet die bevorzugte Baukomponente sein, weniger der H-Magnet.The principle of antiparallel magnetic excitation is used to build a high-frequency transmitter and thus the electrical isolation of circuits is achieved, or it is used to build a microtransformer ( 4 ) used. For both high frequency microinductance ( 1 to 3 ) and for the high frequency transmitter based on this principle, the frequency range is increased by impressing an anisotropy. In the present case, this is achieved by means of an external, static magnetic field that is perpendicular to the high-frequency microinductance and that is generated, for example, by a planar H or C magnet ( 4 ) he is fathered. The core of the planar H or C magnet is also made of the same material with uniaxial anisotropy for simplification of the manufacturing process. By varying this static magnetic field, the cut-off frequency of the component is increased with increasing magnetic flux density or the inductance is reduced. For reasons of installation technology or connection technology, the C-magnet should be the preferred component, less the H-magnet.

5 zeigt die Draufsicht auf die im Luftspalt des C-Magneten eingebauten Hochfrequenz-Mikroinduktivität. Die Realisierung wird mit Planartechnik durchgeführt. Die angegebenen Dimensionen vermitteln einen Eindruck über das Miniaturisierungspotential. Die Hochfrequenz-Mikroinduktivität selber ist gemäß 2 aufgebaut und gewickelt. Sie ist lediglich 60–70 μm breit und hat einen Spalt zwischen den Kernen als auch zu dem jeweiligen Polen von etwa 4 μm. Der Freiraum im C-Innern hat etwa die Ausdehnung von (250 μm)2, entsprechend die Außenkontur von etwa 800 μm oder 0,8 mm Länge. 5 shows the top view of the high-frequency microinductance built into the air gap of the C-magnet. The implementation is carried out using planar technology. The dimensions given give an impression of the miniaturization potential. The high frequency microinductance itself is according to 2 assembled and wrapped. It is only 60–70 μm wide and has a gap between the cores and the respective poles of around 4 μm. The free space in the C interior is approximately the same as (250 μm) 2, corresponding to the outer contour of approximately 800 μm or 0.8 mm in length.

Die statische Felderzeugung B_stat im C-Magneten ist äußerst effizient, da magnetisch uniaxiale anisotrope Materialien im statischen Fall in y-Richtung eine Permeabilität >> 1 besitzen. Die magnetische Anisotropie im C-Material drückt sich durch die Permeabilität von μ_statx ≈ 350 und u_staty ≈ 1000 aus, bei der Hochfrequenz-Mikroinduktivität selber liegen die Verhältnisse folgendermaßen: μ_HFx ≈ 350 und μ_Hfy = 1.The static field generation B _stat in the C magnet is extremely efficient, since magnetically uniaxial anisotropic materials have a permeability >> 1 in the y direction in the static case. The magnetic anisotropy in the C material is expressed by the permeability of μ _statx ≈ 350 and u _staty ≈ 1000, with the high-frequency microinductance itself, the relationships are as follows: μ _HFx ≈ 350 and μ _Hfy = 1.

Die fünf Wicklungspakete auf dem C-Joch sind gleichstromdurchflossen und erzeugen daher ein konstantes oder statisches Magnetfeld, welches das HF-Feld in den Kernen der Hochfrequenz-Mikroinduktivität senkrecht durchsetzt und so die magnetische Anisotropie und damit die Grenzfrequenz erhöht. Für diese Anwendung können isotrope magnetische Materialien nicht verwendet werden.The five winding packages on the C-yokes are flowed through by direct current and therefore generate a constant one or static magnetic field, which the HF field in the cores of the High frequency microinductance vertical penetrates and so the magnetic anisotropy and thus the cutoff frequency elevated. For this Application isotropic magnetic materials are not used.

Claims

High-frequency micro-inductance, consisting of at least two band-shaped cores arranged in a rectangular delimiting plane with the formation of a gap with one another, with their respective longitudinal axes parallel to one another, of equal length and which are necessary for the intended magnetic flux through them and made of magnetically permeable material with at least one electrical winding are wrapped, characterized in that the material of the cores is unidirectionally magnetically anisotropic, that the winding is single-layered, that the conductor of the winding consists of quadrangular band elements with at least two parallel sides each, which are lined up over sides of equal length, and the winding conductor thus formed surrounds the cores in the manner of braids or fabrics.

High-frequency microinductance according to claim 1, characterized characterized that the preferred direction of anisotropy in the direction the core longitudinal axis is aligned.

High-frequency microinductance according to claim 2, characterized characterized that the band elements on the two outer Cores trapezoidal shape and those on the inside, if present, Cores have a rectangular shape.

High-frequency microinductance according to claim 2, characterized characterized that the band elements on the cores parallelogram shape to have.

High-frequency microinductance according to claims 4 and 5, characterized in that the two outer cores of the arrangement equally wide and if there are more than three cores, the ones in between Cores are at least as wide.