DE19953237C2

DE19953237C2 - Mehrschichtige Planarspulenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Planarspulenanordnung

Info

Publication number: DE19953237C2
Application number: DE1999153237
Authority: DE
Inventors: Martin Schuettler
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: DE19953237A1; EP1226592A1; WO2001033582A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Planarspulenanordnung mit wenigstens zwei, auf einem dielektrischen, flexibel ausgebildeten Flächensubstrat nebeneinander, auf der gleichen Oberseite des Flächensubstrates angeordneten, aus elektrisch leitendem Material bestehenden Leiterstrukturen, die mittels Faltung des Flächensubstrates vertikal übereinander liegend positionierbar und elektrisch miteinander verbunden sind.

Stand der Technik

Planarspulenanordnungen der oben stehend genannten Gattung sind induktiv wirkende elektrische Bauelemente, die insbesondere im Bereich der Telekommunikation zum Zwecke der induktiven Kopplung als Übertragungsspulen eingesetzt werden. Grundsätzlich aber finden Planarspulenanordnungen in elektronischen Schaltkreisen überall dort Verwendung, wo wenig Platz zur Verfügung steht und eine induktive Wirkung erforderlich ist, wie beispielsweise in Armbanduhren, medizinischen Implantaten, intelligenten Scheckkarten, in der Unterhaltungselektronik, in Abhöreinrichtungen, um nur einige weitere Anwendungsgebiete zu nennen.

Neben an sich bekannten gewickelten Drahtspulen, die in feinwerktechnischer Weise hergestellt werden und auf Grund ihres Aufbaus eine makroskopische Mindestbaugröße nicht unterschreiten können, werden die vorstehend genannten Planarspulen bevorzugt verwendet, die mittels fotolithografischer, Fräs- oder Siebdruck-Verfahren hergestellt werden. Planarspulen zeichnen sich im Allgemeinen durch ein elektrisch isolierendes Flächensubstrat aus, auf dem, vorzugsweise spiral- oder kreisförmig angeordnet, eine Leiterstruktur aufgebracht ist, die je nach Auslegung hinsichtlich ihres elektrischen Widerstandes sowie Induktivität wenig oder mehr Spulenwicklungen mit entsprechend beliebig gewählten Leiterbahndicken aufweist.

Ein bei Planarspulen bestehendes Problem ist jedoch ihre elektrische Kontaktierung, zumal das innere Ende der, in einer einzigen Schicht auf das Flächensubstrat aufgebrachten Leiterstruktur aus ihrem Spulenzentrum herauszuführen ist, ohne dabei die vorhandenen Spulenwicklungen gegenseitig kurzzuschließen. So erfolgt typischerweise die Herausführung des Leitungskontaktes aus dem Spulenzentrum über eine zweite Metallisierungsebene, wobei die Leitungsstruktur auf dem Flächensubstrat von einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen wird, über die wiederum die elektrische Kontaktierungsleitung, ausgehend von Spulenzentrum, verläuft. Alternativ dazu ist es auch möglich, am Leitungskontakt im Spulenzentrum einen elektrisch isolierten Draht anzulöten, um auf diese Weise die Kontaktierung der Planarspule zu vervollständigen. Letzterer Fall ist jedoch häufig mit Fehlerquellen auf Grund mangelnder Lötqualität verbunden, weshalb der Einsatz von Lötstellen bei derartigen, zum Teil mikroskopisch kleinen elektronischen induktiven Bauelementen, vermieden werden sollte.

Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die Dimensionierung hinsichtlich der elektrischen Anforderungen an Planarspulen frei zu wählen, wobei stets zwischen wenigen Spulenwicklungen mit breiten Leiterbahnen, was mit einem geringen elektrischen Widerstand und einer geringen Induktivität verbunden ist, und hohen Wicklungszahlen mit schmalen Leiterbahnen, was mit einem hohen elektrischen Widerstand und einer hohen Induktivität verbunden ist, abzuwägen.

Auch ist es möglich, durch die Verschaltung mehrerer Planarspulen die Spulenparameter und hierbei insbesondere die Induktivität den jeweiligen Anforderungen anzupassen.

So geht beispielsweise aus der DE 198 02 473 A1 eine Multilayer-Planarinduktivität hervor, die eine plattenförmige Trägerstruktur aufweist, auf der beidseitig parallel zueinander verlaufende und jeweils über Löt- bzw. Schweißpunkte elektrisch miteinander verbundene Leitungsschichten vorgesehen sind. Auch hier bilden die Lötstellen mögliche Fehlerquellen, auf Grund des vorstehend angesprochenen Sachverhaltes bezüglich mangelnder Lötqualität und stellen zudem einen zusätzlichen Herstellungsschritt dar, der sich nicht zuletzt auch in hohen Herstellungskosten auswirkt.

Eine andere Art einer Planarspulenanordnung ist der japanischen Druckschrift JP-OS 6325948 zu entnehmen, bei der auf einem Polyamid-Foliensubstrat mehrere, nebeneinander angeordnete spiralförmig ausgebildete Leiterstrukturen aufgebracht sind, die nach entsprechender Faltung des Trägersubstrates übereinander liegend angeordnet werden können, wobei sie im gefalteten Zustand des Trägersubstrates eine Multilayer-Planarspulenanordnung ergeben. Die Faltung des Trägersubstrates erfolgt derart, dass zwei benachbart auf dem Trägersubstrat aufgebrachte Leiterstrukturen aufeinandergeklappt werden. Zur Vermeidung ungewollter Kurzschlüsse sind die Leiterstrukturen mit wenigstens einer elektrischen Isolationsschicht überdeckt, wobei die Notwendigkeit einer gegenseitigen elektrischen Kontaktierung der aufeinandergeklappten elektrischen Leiterstrukturen durch zusätzliche, zu den Leiterstrukturen in einer anderen Metallisierungsebene vorgesehene Kontaktflächen erfolgt, die bei der Faltung in Deckung gebracht werden müssen. Die bekannte Spulenanordnung weist daher wenigstens zwei Metallisierungsebenen auf und es bedarf bei der Faltung einer genauen Lagejustierung der in Kontakt zu bringenden Kontaktflächen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Planarspulenanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen anzugeben, wobei die Planarspule in ihrem Aufbau vereinfacht und in ihren Herstellungskosten erheblich reduziert werden soll. Insbesondere sollte es möglich sein, den Aufbau der Spule kompakter zu gestalten und die Anzahl der in Kontakt zu bringenden Kontaktflächen auf ein Minimum zu reduzieren, wodurch die Betriebssicherheit erheblich erhöht werden soll. Mit dem neuen Herstellungsverfahren soll es insbesondere möglich sein, integrierte Planarspulen mit hohen Wicklungszahlen zu erhalten bei geringen qualitativen Anforderungen an das flexibel ausgebildete Flächensubstrat.

Die Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruchs 12 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Planarspulenanordnung. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der gesamten Beschreibung und der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist eine Planarspulenanordnung mit wenigstens zwei, auf einem dielektrischen, flexibel ausgebildeten Flächensubstrat nebeneinander, auf der gleichen Oberseite des Flächensubstrates angeordneten, aus elektrisch leitendem Material bestehenden Leiterstrukturen, die mittels Faltung des Flächensubstrates vertikal übereinander liegend positionierbar und elektrisch miteinander verbunden sind, derart weitergebildet, dass das Flächensubstrat zwischen den nebeneinander angeordneten Leiterstrukturen einen Übergangsbereich vorsieht, in dem das Flächensubstrat derart gefaltet ist, dass die Leiterstrukturen durch eine einzige Lage des Flächensubstrats voneinander getrennt sind.

Das Vorsehen eines Übergangbereiches zwischen den auf dem Flächensubstrat aufgebrachten Leiterstrukturen, die vorzugsweise selbst über den Übergangsbereich elektrisch miteinander verbunden sind, schafft die Möglichkeit einer Faltung des Flächensubstrates derart, dass die Oberseite des Flächensubstrates, auf der eine Leiterstruktur angeordnet ist, nach der Faltung von der Unterseite des Flächensubstrates bedeckt ist und somit nicht, wie beim Stand der Technik der Fall, in unmittelbarem Kontakt mit der Oberfläche einer anderen Leiterstruktur gebracht wird. Mit Hilfe einer derartigen Faltungstechnik wäre es grundsätzlich möglich, auf eine zusätzliche Isolationsschicht, die auf die gesamten Leiterstrukturen aufgebracht werden müsste, zumindest in den Bereichen zu verzichten, in denen die Leiterstrukturen auf dem Flächensubstrat aufgebracht sind. Lediglich die auf den Übergangsbereichen aufgebrachten elektrischen Verbindungsstrukturen sind auf Grund der in diesem Bereich vorzunehmenden Faltung auch an ihrer Oberseite elektrisch zu isolieren.

Durch die erfindungsgemäße Faltung kommen die einzelnen Leiterstrukturen derart übereinander liegend in Deckung, dass sie jeweils zum Flächensubstrat gleich orientiert sind. Handelt es sich beispielsweise um spiralförmig ausgebildete Leiterstrukturen in Form von Windungen, so bleibt der Wicklungssinn, der die einzeln nebeneinander auf dem Flächensubstrat angeordneten Leiterstrukturwindungen aufweist, auch in der übereinander gestapelten Anordnung erhalten. Dies vereinfacht vor allem die Auslegung der gesamten Leiterstruktur vor ihrem Aufbringen auf dem Flächensubstrat innerhalb eines einzigen Bearbeitungsschrittes.

Das Flächensubstrat, das wie im Stand der Technik aus einem folienartigen Dielektrikum besteht, weist kreisringförmige Flächenstrukturen auf, auf denen jeweils die spiralförmig ausgebildeten elektrischen Leiterstrukturen aufgebracht sind. Je nach elektrischen Vorgabewerten können die Leiterstrukturen in ihrer Leitungsdicke beliebig groß gewählt werden, ferner können nahezu beliebig gewählte Anzahlen von Spiralwindungen, je nach gewünschter Induktivität, auf den einzelnen Flächenbereichen des Flächensubstrates aufgebracht werden. Die einzelnen kreisringförmig ausgebildeten Flächenbereiche sind jeweils über wenigstens einen Übergangsbereich mit dem benachbarten kreisringförmigen Flächenbereich verbunden, wobei der Übergangsbereich stegartig ausgebildet ist und eine Stegbreite aufweist, die vorzugsweise kleiner gewählt ist als der Durchmesser der einzelnen kreisringförmigen Flächenbereiche. Auf diese Weise kann eine zweimalige Faltung entlang zweier, sich senkrecht schneidender Faltlinien erfolgen, sodass zwei benachbarte kreisringförmige Flächenabschnitte deckungsgleich in Position gebracht werden. Wie im Weiteren unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren gezeigt wird, können nahezu beliebig viele kreisringförmige Flächenelemente über jeweilige Übergangsbereiche miteinander verbunden werden, wodurch eine nahezu beliebige Steigerung der Induktivität von Planarspulenanordnungen möglich wird.

Die auf dem Flächensubstrat abgeschiedenen Leiterstrukturen sind als ein einziger, durchgehender Leiterzug ausgebildet, den es gilt, nach entsprechender Faltung der einzelnen Spulenkörper elektrisch in einen Stromkreis zu integrieren. Hierzu ist das Leiterzugende auf einem brückenartig ausgebildeten Abschnitt des Flächensubstrates aufgebracht, der im gefalteten Zustand der Planarspulenanordnung aus dem Spulenzentrum derart umgebogen werden kann, dass das Leiterzugende mit einer Kontaktfläche, die an entsprechender Stelle auf dem Flächensubstrat aufgebracht ist, in unmittelbaren Kontakt treten kann. Auf diese Weise wird die Spulenanordnung ohne die Verwendung von einer Vielzahl von Lötstellen oder die Verwendung elektrisch isolierter Leiterzüge elektrisch kontaktiert. Die Brücke dient zugleich auch als mechanischer Verschluss, der die aufeinander gefalteten Spulenkörper räumlich zusammenhält, solange sie nicht aus Gründen gegenseitiger Fixierung verklebt oder vergossen sind.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Planarspule erfolgt mit einem einzigen Metallisierungsschritt, der die, in einem Leiterzug, linienhaft ausgebildete Leiterstruktur auf dem Flächensubstrat ganzheitlich abscheidet. Auf Grund des mit Übergangsbereichen vorgesehenen Flächensubstrats wird dieses, vorzugsweise durch zweimaliges Falten entlang zweier senkrecht zueinander verlaufender Faltkanten, derart zusammengelegt, sodass die Bereiche, auf den die weitere Strukturen aufgebracht sind, unmittelbar übereinander liegen, jeweils getrennt durch eine Lage des Flächensubstrates.

Vorzugsweise wird der auf dem Flächensubstrat abgeschiedene Leiterzug an jenen Stellen mit einer Isolationsschicht versehen, die den Übergangsbereichen entsprechen, sowie den für die elektrische Kontaktierung vorgesehenen Kontaktflächen entsprechen. Das Verfahren zeichnet sich durch seine Einfachheit aus und unterscheidet sich im Wesentlichen von bekannten Verfahren dadurch, dass nur ein einziger Metallisierungsschritt erforderlich ist, um eine Multilayer- Planarspulenanordnung zu schaffen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Draufsicht auf ein Flächensubstrat, auf das Leiterstrukturen aufgebracht sind,

Fig. 2 Querschnitt durch das Flächensubstrat mit einer darauf aufgebrachten Metallisierungsschicht, sowie Isolations schicht,

Fig. 3a, b, c Darstellung der Faltungstechnik,

Fig. 4a, b, c, d Faltungsabfolge zur Herstellung einer aus vier Spulenkörpern zusammengesetzten Multilayer- Planarspulenanordnung sowie

Fig. 5 Seitenansicht einer mulitlayer Planarspule.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf ein Flächensubstrat F, das aus einem dünnfilmartigen Dielektrikum aufgebaut ist, beispielsweise ein Polymerfilm darstellt. Das Flächensubstrat F setzt sich im Wesentlichen durch vier kreisringförmig ausgebildete Bereiche 1, 2, 3 und 4 zusammen, die jeweils über Übergangsbereiche 5, 6 und 7 miteinander verbunden sind. Ferner sieht der kreisringförmig ausgebildete Bereich 1 des Flächensubstrats F einen etwas größer als die übrigen Übergangsbereiche ausgebildeten stegartigen Fortsatz 8 vor, der wie im weiteren noch erklärt wird, als Anschlussbereich dient. Auf die Oberfläche des Flächensubstrats F ist ein aus elektrisch leitendem Material bestehender einstückig ausgebildeter Leiterzug 9 aufgebracht, der auf jedem kreisringförmig ausgebildeten Bereich 1, 2, 3, 4 des Flächensubstrats F konzentrisch ausgebildete Leiterstrukturen annimmt, die jeweils in den Übergangsbereichen 5, 6, 7 durch entsprechende Verbindungsleitungen miteinander elektrisch verbunden sind. Durch die Formgebung der einzelnen Leiterstrukturen auf den einzelnen kreisringförmig ausgebildeten Flächenbereichen 1, 2, 3 und 4 stellen diese einzelne Spulenkörper S1, S2, S3, S4 dar, die bei entsprechendem Stromdurchfluss die Wirkung einzelner in Serie miteinander verschalteter Induktivitäten zeigen. Um einen Stromdurchfluss durch den einstückig ausgebildeten Leiterzug 9 zu Gewähr leisten, ist dem ringförmig ausgebildeten Spulenkörper S1 ein, in das Innere des kreisringförmig ausgebildeten Bereichs 1 hineinreichender stegartiger Bereich 10 vorgesehen, auf dem das Leiterzugende 11 mit einer entsprechenden Kontaktfläche 12 endet. Relativ zum stegartig ausgebildeten Bereich 10 und dessen Kontaktfläche 12 ist im Anschlussbereich 8 des Flächensubstrates F ein Anschlusskontakt 13 vorgesehen, auf den die Kontaktfläche 12, wie es im weiteren noch gezeigt wird, durch entsprechendes Umbiegen des stegartig ausgebildeten Bereichs 10 in innigen Kontakt gebracht wird.

Die, in den einzelnen Spulenkörpern S1 bis S4 aufgebrachten Leiterstrukturen weisen konzentrische Kreisformen auf, deren geometrische Anordnung bei Stromdurchflutung des einstückigen Leitungszuges einen, für jeden Spulenkörper S1 bis S4 gleich orientierten Stromdurchfluss ermöglichen.

Im weiteren wird gezeigt, in welcher Form die vier in einer Ebene angeordneten Spulenkörper S1 bis S4 gefaltet werden, um in einem übereinander liegenden Stapel den gleichsinnigen Stromdurchfluss beibehalten zu können.

In Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung durch das Flächensubstrat F dargestellt, auf dem die Leiterstruktur, verkörpert durch eine Metallisierungsebene M, aufgebracht ist. Über der Metallisierungsebene ist aus Gründen elektrischer Isolation eine dielektrische Schicht 14 aufgebracht, beispielsweise durch Aufbringen eines Polymerlackes. Lediglich an der Stelle, an der ein elektrischer Kontakt erfolgen soll, ist der Leiterzug 9 von der Isolationsschicht 14 unbedeckt. Dies ist beispielsweise der Fall im Anschlussbereich 8 an der Stelle des Anschlusskontaktes 13 sowie im stegartigen Bereich 10 im Bereich der Kontaktfläche 12.

Um nun das in Fig. 1 dargestellte und mit einem Leiterzug versehene Flächensubstrat in eine Multilayer-Planarspulenanordnung überzuführen, sind die einzelnen Spulenkörper S1 bis S4 im Bereich ihrer Übergangsbereiche 5, 6, 7 entsprechend zu falten, was aus den Fig. 3a bis c hervorgeht.

In Fig. 3a ist die Ausgangssituation dargestellt, bei der beispielsweise die aneinander grenzenden Spulenkörper S3 und S4 mit dem Übergangsbereich 7 verbunden sind. Entlang der strichliert eingezeichneten Faltlinie 14 wird der Spulenkörper S4 mit seinem verbundenen Übergangsbereich 7 um den Spulenkörper S3 gefaltet. Das nach der Faltung erhaltene Resultat ist in Fig. 3b dargestellt. Eine nachfolgende zweite Faltung erfolgt entlang einer Faltlinie 15, die, wie der Fig. 3b zu entnehmen ist, die ursprüngliche Faltlinie 14 senkrecht schneidet. In dem zweiten Faltvorgang werden nun die Spulenkörper S3 und S4 in Deckung gebracht, was aus der Darstellung gemäß Fig. 3c zu entnehmen ist. Die Faltrichtungen der beiden Faltvorgänge sind aus den Fig. 3a und 3b anhand der eingetragenen Pfeile zu entnehmen.

Unter Zugrundelegung der vorstehend genannten Falttechnik kann aus dem planaren Flächensubstrat, das im Rahmen einer einzigen Metallisierung und einer entsprechenden Oberflächenisolation in der beschriebenen Weise prozessiert ist, eine Multilayer-Planaranordnung erhalten werden, deren einzelne Faltschritte aus den Fig. 4a bis d zu entnehmen sind.

In Fig. 4a ist die Ausgangssituation dargestellt, in der das Flächensubstrat F in einer Ebene mit den auf diesem befindlichen Leiterzug 9 versehen ist. Aus Gründen der Vermeidung von Kurzschlüssen, die insbesondere in den Übergangsbereichen 5, 6, 7 durch die Faltung entstehen können, ist das gesamte Flächensubstrat nebst Leiterzug 9 mit einer Isolationsschicht überzogen, mit Ausnahme der entsprechenden Kontaktflächen 12 und 13. Der Spulenkörper S4 wird in einem ersten Faltvorgang entlang der Faltlinie 14 relativ zum Spulenkörper S3 gefaltet. Nach der ersten Faltung stellt sich die Anordnung, wie in Fig. 4b dargestellt, dar. Nach einem weiteren Faltungsschritt entlang der Faltlinie 15 gemäß Fig. 4b gelangt der Spulenkörper S4 in Deckung zum Spulenkörper S3. Zu beachten hierbei ist, dass beide Spulenkörper nach oben gerichtet sind, wodurch ihr Wicklungssinn sowie die Stromflussrichtung erhalten bleibt. Hierdurch ist Gewähr leistet, dass sich die induktiven Wirkungen beider Spulenkörper S3 und S4 addieren. In entsprechender Weise werden beide Spulenkörper S3 und S4 relativ zum Spulenkörper S2 gefaltet, bis diese in Deckung zum Spulenkörper S2 kommen. Die gleiche Faltungsweise wird dann mit den Spulenkörpern S2, S3 und S4 relativ zum Spulenkörper S1 durchgeführt, sodass schließlich eine kompakte, übereinandergestapelte Planarspulenanordnung erhalten wird, wie sie in Fig. 4d, linke Darstellung, gezeigt ist.

Nochmals sei darauf hingewiesen, dass alle Spulenkörper ihren Wicklungssinn nach der Faltung beibehalten, sodass eine Stromdurchflutung der Planarspulenanordnung zu einer Addition der induktiven Wirkungen jeder einzelnen Spule führt. Um nun eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Leiterzugende 11 mit dem auf dem Anschlussbereich 8 vorgesehenen Anschlusskontaktfläche 13 zu erhalten, wird der stegartig ausgebildete Bereich 10 aus dem Spulenzentrum über die übereinander liegenden Spulenkörper S1 bis S4 gelegt und mit dem Anschlussbereich 13 in innige Verbindung gebracht, was beispielsweise durch eine Lötung oder durch eine ähnliche Fügeverbindung bewerkstelligt werden kann. Dies zeigt Fig. 4d, rechte Darstellung, in der der stegartige Bereich 10 alle Spulenkörper umschließt und somit auch zu einer mechanischen innigen Verbindung der einzelnen Spulenlagen führt.

Um die Multilayer-Planarspulenanordnung nachfolgend mechanisch zu stabilisieren und gegebenenfalls gegen äußere Einflüsse zu sichern, kann der Verbund aus den vier im Auführungsbeispiel dargestellten Einzelspulenkörpern verklebt oder mit einem entsprechenden Harz versiegelt werden.

In Fig. 5 ist hierzu ein Querschnitt durch die zusammengefaltete Multilayer- Planarspulenanordnung dargestellt, aus der nochmals die Wirkung und Anordnung des stegartigen Bereiches 10 zu entnehmen ist, der aus dem Spuleninneren emporragt und die übereinander liegenden Spulenkörper S1 bis S4 zusammenschließt. Die kappenartig eingetragenen Bereiche stellen die gefalteten Übergangsbereiche 5, 6, 7 dar.

Mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Multilayer-Planarspulenanordnung sind nun verschiedene Ausführungsformen denkbar:

1. Multilayer-Planarspulenanordnung mit geringem elektrischen Widerstand: Fügt man beispielsweise fünf Spulenkörper mit jeweils nur einer Wicklung pro Spulenkörper zusammen, wobei die verwendete Leiterbahnstruktur verhältnismäßig breit ausgebildet ist, so ergibt sich eine Spule mit fünf Wicklungen und einem sehr niedrigen elektrischen Widerstand.
2. Multilayer-Planarspulenanordnung mit hoher Induktivität: Kombiniert man beispielsweise zehn Spulenkörper mit jeweils 20 Wicklungen, so ergibt sich eine Spule mit 200 Wicklungen, die, unter Zugrundelegung typischer Dimensionierungen von verwendeten Flächensubstratmaterialien und Leiterstrukturen, eine Gesamtbauhöhe von nur 100 µm aufweist. Hierbei geht man davon aus, dass die gesamte Substratdicke etwa 10 µm beträgt.
3. Multilayer-Planarspulenanordnung mit geringer Eigenkapazität: Durch die Wahl von unterschiedlichen Wicklungsdurchmessern für jeden einzelnen Spulenkörper lässt sich die Eigenkapazität der Spule dadurch verringern bzw. einstellen, dass keine Wicklung deckungsgleich über der anderen liegt.
4. Multilayer-Planarspulenanordnung die elektrisch abgeschirmt ist: Derartige Spulen weisen einen komplizierten Schichtaufbau auf, der beispielsweise aus vier Isolatorschichten besteht, in denen drei Metallisierungsschichten eingebracht sind. Mit diesen zum Teil sehr komplexen Ausgangsmaterialien ist eine Realisierung von elektrisch abgeschirmten Multilayer-Planarspulenanordnungen möglich, womit eine elektrische Entkpopplung vom Umfeld realisiert werden kann. Derartige Spulenwechsel wirken lediglich mit magnetischen Feldern.
5. Multilayer-Planarspulen mit einem Innendurchmesser von 0: Im Unterschied zu der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform ist ein Spulenkörper 1 denkbar, der einen Anschlusskontakt im Spuleninneren aufweist. Die Brücke, die die elektrische Verbindung von außerhalb der Spule zum Inneren des Spulenkörpers herstellt, ist in diesem Fall im Anschlussbereich der Ausgangsstruktur realisiert. Die Spulenkörper 2 ff. werden dabei derart gefaltet, dass sie sich auf der Unterseite des Spulenkörpers 1 befinden. Auf diese Weise kann der gesamte kreisförmige Bereich innerhalb des Flächensubstrates mit Leitungswicklungen gefüllt werden, was mit einer Erhöhung der Induktivität verbunden ist.

Bezugszeichenliste

F Flächensubstrat

1

,

2

,

3

,

4

kreisringförmig ausgebildeter Bereich

5

,

6

,

7

Übergangsbereich

8

stegartiger Fortsatz, Anschlussbereich

9

Leiterzug
S1, S2, S3, S4 Spulenkörper

10

stegartiger Bereich

11

Leiterzugende

12

Kontaktfläche

13

Anschlusskontaktfläche

14

,

15

Faltungslinie

Claims

1. Mehrschichtige Planarspulenanordnung mit wenigstens zwei auf einem dielektrischen, flexibel ausgebildeten Flächensubstrat nebeneinander, auf der gleichen Oberseite des Flächensubstrates angeordneten, aus elektrisch leitendem Material bestehenden Leiterstrukturen, die mittels Faltung des Flächensubstrates vertikal übereinander liegend positionierbar und elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächensubstrat zwischen den nebeneinander angeordneten Leiterstrukturen einen Übergangsbereich vorsieht, in dem das Flächensubstrat derart gefaltet ist, dass die Leiterstrukturen durch eine einzige Lage des Flächensubstrats voneinander getrennt sind.

2. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich stegartig ausgebildet ist und eine Stegbreite aufweist, die kleiner oder gleich den Dimensionen der Bereiche des Flächensubstrates ist, auf denen jeweils die Leiterstrukturen angeordnet sind.

3. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstrukturen über elektrische Verbindungsleitungen verbunden sind, die über den Übergangsbereich verlaufen und knickbar sind.

4. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faltung innerhalb des Übergangsbereiches entlang zweier Faltlinien erfolgt, die sich jeweils senkrecht schneiden.

5. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstrukturen im gefalteten Zustand relativ zur Oberfläche des Flächensubstrates gleich orientiert sind.

6. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstrukturen einstückig, d. h. in Form eines durchgängigen Leiterzuges, auf dem Flächensubstrat aufgebracht sind.

7. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterzug wenigstens ein Leitungsende aufweist, das zur Kontaktierung mit einem Anschlussbereich innerhalb der Leiterstrukturen verbindbar ist.

8. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsende aus der Ebene des Flächensubstrates verformbar ist, sodass eine unmittelbare elektrische Kontaktierung zwischen Leitungsende und dem Anschlussbereich innerhalb der Leiterstruktur erfolgt.

9. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächensubstrat kreisringförmig ausgebildete Bereiche aufweist.

10. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstrukturen auf den kreisringförmig ausgebildeten Bereichen konzentrisch kreisförmig angeordnet sind und sich als ein einziger zusammenhängender Leiterzug auf dem Flächensubstrat erstrecken.

11. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass einer von den kreisringförmig ausgebildeten Bereichen einen Anschlussbereich vorsieht, auf den eine elektrische Zu- und Ableitung für den Leiterzug vorgesehen sind, und
dass der kreisringförmig ausgebildete Bereich einen stegartig ausgebildeten, sich in das Innere der Kreisringform erstreckenden Verschluss aufweist, der einen ersten Kontaktbereich vorsieht, an dem ein Ende des Leiterzuges endet, und
dass im Anschlussbereich ein zweiter Kontaktbereich vorgesehen ist, mit dem, im gefalteten Zustand, der erste Kontaktbereich, durch Umschließen der vertikal übereinander liegenden Leiterstrukturen mit dem stegartig ausgebildeten Verschluss, unmittelbar kontaktiert ist.

12. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstrukturen mit Ausnahme des ersten und zweiten Kontaktbereiches mit einer elektrischen Isolationsschicht überzogen sind.

13. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstrukturen aus einer einzigen, auf dem Flächensubstrat abgeschiedenen Metallisierungsschicht gebildet sind.

14. Mehrschichtige Planarspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Flächensubstrat aufgebrachten Leiterstrukturen, jede für sich einen Spulenkörper darstellen, mit wenigstens einer Spulenwicklung.

15. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Planarspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte:

- Aufbringen der linienhaft ausgebildeten Leiterstrukturen auf dem Flächensubstrat,
- Faltung des Flächensubstrates derart, dass die Leiterstrukturen vertikal übereinander angeordnet werden, wobei das Flächensubstrat zwei vertikal übereinander liegende Leiterstrukturen jeweils einlagig voneinander beabstandet.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstrukturen in einem einzigen Metallisierungsschritt auf dem Flächensubstrat aufgebracht werden.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf das, mit den elektrischen Leiterstrukturen versehene Flächensubstrat eine Isolationsschicht aufgebracht wird, ausschließlich jener Bereiche, die für eine elektrische Kontaktierung der Leiterstrukturen erforderlich sind.