EP0995205A1 - Multi-layer planar inductance coil and a method for producing the same - Google Patents

Multi-layer planar inductance coil and a method for producing the same

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EP0995205A1
EP0995205A1 EP98940208A EP98940208A EP0995205A1 EP 0995205 A1 EP0995205 A1 EP 0995205A1 EP 98940208 A EP98940208 A EP 98940208A EP 98940208 A EP98940208 A EP 98940208A EP 0995205 A1 EP0995205 A1 EP 0995205A1
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EP
European Patent Office
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carrier
multilayer
planar inductance
core
parallel
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Johann Milavec
Alain Chapuis
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Melcher AG
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Publication of EP0995205B1 publication Critical patent/EP0995205B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • H01F2027/2809—Printed windings on stacked layers

Definitions

  • the present invention relates to a multilayer planar inductor according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a multilayer planar inductor.
  • planar inductors are used, for example, in switched-mode power supplies, voltage converters or other devices in power electronics which are implemented on the basis of a multilayer carrier plate (so-called “multilayer” or “multilayer printed circuit board”) which has a plurality of conductor layers which are electrically insulated from one another.
  • multilayer carrier plate so-called “multilayer” or “multilayer printed circuit board”
  • such a multilayer has, in addition to electronic components for the switching electronics, which are connected in a suitable manner by one or more conductor tracks of the multilayer, inductors such as transformers or chokes, for which (superimposed) conductor layers of the multilayer the functions of the windings - i.e., for example the primary or secondary winding of a transformer - for this purpose, a transformer core is inserted in a suitable manner through a break in the multilayer, which then forms the desired transformer together with the windings formed on the conductor layers of the multilayer.
  • inductors such as transformers or chokes
  • CONFIRMATION COPIF 6 shows the prior art in the sectional side view of the structure of such a generic planar inductor:
  • a schematically shown transformer core 74 is mounted on a partial area of a multilayer 70 which forms the planar inductance and has a plurality of electrically conductive conductor layers.
  • the transformer core 74 which is approximately E-shaped in the lateral cross section, extends through with legs not shown in the figure appropriately sized openings of the multilayer 70 extends.
  • the line layers form a corresponding primary or secondary winding, so that, in the manner shown, the inductance is embedded directly in the peripheral electronics schematically indicated with the further electronic components 76 or is connected to this via corresponding line layers 72.
  • one or more planar inductors can be implemented on or in a multilayer in this way, although the inductors usually only occupy a rather small part of the multilayer surface or assembly area.
  • the second multilayer provided in the partial area which is preferably also limited in its dimensions to this area, advantageously enables the flexible, variable addition of additional line layers and thus inductance windings to the first line layers already present in the base multilayer (the first plate-shaped carrier), so that the inductance required for a respective product variant can be produced with little effort by appropriate placement and formation of one or more locally restricted multilayers without, for example, for this variant a special, separate multilayer complete design must be provided.
  • the expensive multilayer material is optimally used.
  • the invention advantageously makes it possible to develop a production system which is suitable for a large number of variants and which contains cross-variant components on the first, plate-shaped carrier, while variant-specific components — in addition to additional windings and possibly additional, specifically required peripheral electronics - Are included on the additional carrier (s). Design effort and warehousing for a large number of variants are drastically reduced.
  • the invention is also particularly suitable when the planar inductance is used as a transformer, since primary and secondary windings can be directly assigned to the line layers of the second or first carrier, and the winding ratio can thus be influenced directly, depending on the specification.
  • the present invention creates a flexibly usable planar inductance system which, on the basis of the advantageous multilayer technology, creates the possibility of extensive manufacturing and logistics optimization.
  • FIG. 2 shows a partial plan view of a planar inductance of the representation according to FIG. 1;
  • FIG. 3 a partially sectioned side view of the multilayer planar inductance according to FIG. 2 and according to a preferred embodiment of the invention (best mode);
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the invention with multilayer pieces clamped on both sides of the basic multilayer to form the planar inductance
  • FIG. 6 shows a side sectional view of a conventional multilayer planar inductance to explain the prior art.
  • a multilayer card 10 for example in the outer format of a European map, carries a pair of planar inductors in the form of planar transformers 12, which are arranged in the center of the card 10 and occupy approximately 20% of the card surface.
  • Each planar transformer 12 is implemented electrically by means of a secondary winding, which are provided by line layers 14 of the multilayer card 10 (base multilayer), and by a primary winding, which are provided by line layers 16 and 18 of a first or, respectively, provided on both sides of the base multilayer.
  • second additional multi-layer pieces 20 and 22 are provided.
  • the conductor layers 14 to 18 are penetrated by a transformer core 24 with a lateral cross section (cf. plan view of FIG. 2), with its legs reaching through the layered multilayer arrangement 20-10-22.
  • edge-side recesses 26 and a central recess 28 are formed, which are aligned with openings 30 of the base multilayer 10, so that the (in the illustration in FIG. 2, downwards into the Legs of the transformer core 24 directed into the plane of the drawing reach through all three multilayer layers and can be connected on the base side by a correspondingly assigned core element, not shown in the figures.
  • An electrical connection to the further electronic components 32 on the multilayer card 10 takes place through the line layers 14 of the base multilayer or the further line layers 16, 18 of the multilayer pieces 20, 22, so that the planar inductance takes place in the otherwise known manner can be included in the circuit structure.
  • the additional multilayer pieces 20, 22 extend over a partial section of the multilayer card 10 (on both sides thereof), the additional pieces 20, 22 using only one small gap 34 (see FIG. 3) on the Base card 10 lie on it, are connected to it by additional adhesive connections 36, and a layered arrangement of a plurality of parallel line arrangements is thus created: in the example assumed that the base multilayer has four line layers and the additional multilayer pieces 20, 22 each have five lines In the area of planar inductance, a stratification of fourteen conductor layers arises, which is only insignificantly deteriorated in terms of its electrical or mechanical properties compared to a single, fourteen-layer multilayer, but only requires a fraction of the procurement or production costs.
  • the invention also not in the one or two-sided arrangement of additional multilayer pieces shown in the figures is limited, but rather any suitable number of stacked multilayer pieces (one or two sides) can be attached.
  • the multilayer pieces 20, 22 are each provided in the area of their narrow edges with a pair of lateral recesses 38, which are realized as peripheral millings and are metallized in this area.
  • the metallization also extends over an edge-side region of the upper or lower surface of a respective multilayer piece.
  • multilayer pieces 20, 22 are now fastened by means of suitably applied soldering or welding points 40 in the area of the metallized cutouts 38, as a result of which the respective plate element is used for automated loading.
  • piece and attachment (such as SMD) can be set appropriately on corresponding, metallized attachment points 42 of the base plate 10.
  • the resulting arrangement which can be seen particularly well from the sectional view in FIG. 3, is then mechanically stable and keeps the individual line layers as close as possible to one another, so that only extremely small scattering losses can be assumed in the case of the resulting planar inductance.
  • 4 and 5 show alternative possibilities, according to the invention, for attaching one or more additional multilayer pieces to a multilayer base card 10 in the area of the planar inductance and for the variable configuration thereof.
  • an additional multilayer piece 44 is connected to the base card 10 by means of a clip element 46, which in turn attacks at four points according to FIG. 2, the clip elements 46 being inserted into corresponding receiving openings 48 in the base card 10 and there by means of a soldered connection or the like. are set.
  • each on the bottom side on fastening surfaces 52 of the base multilayer 10 are soldered, this flexible mounting option is created.
  • the respective individual elements 50 can also be formed in the form of profiles which extend over a respective edge length of the multilayer pieces 54 shown.
  • a multilayer as the base plate, which has at least two line layers; Usually a practically usable multilayer will have about six line layers. Then, in a suitable manner and depending on the winding requirements, multilayer pieces are attached in the area of the inductance to be formed, which correspond to the required number of windings or the required winding ratio.
  • the secondary winding was preferably assigned to the base plate, since this often requires fewer windings, a reversal or other configuration is of course also possible, depending on the application, for example using line layers of the base plate as the primary winding.
  • the present invention is also not limited to the described fastening and contacting options for the additional multilayer plate (s) to be fitted; For example, it could also be appropriate to provide contacting and fastening methods known from hybrid technology, for example in the form of a connecting comb. In addition or as an alternative, it appears possible to produce targeted electrical contacts between a line of an attached, additional multilayer and a contact point on the base plate by bonding or a comparable connection method.
  • the result is a device or a method which, according to the invention, complements the advantages of multilayer technology with regard to compactness, reproducibility in production and mechanical resilience by the possibility of a multilayer which can be configured in a simple and flexible manner -Training planar inductance without the base multilayer on which it is based, for example, having to be specially designed for this purpose.

Abstract

The invention relates to a multi-layer planar inductance coil on a partial area of a first plate-shaped support (10). Said support has a plurality of first conducting layers (14), said conducting layers running essentially parallel to one another. The support is configured for supporting and contacting further electronic components. At least one conducting layer (14) of the first support is arranged in the device to interact with a core (24), said conducting layer forming a first electrical winding. Said core is provided for guiding a magnetic flux and is to be located in the partial area. At least one second plate-shaped support (20; 22; 44; 54) with a plurality of second conducting layers (16; 18) is located in the partial area, said conducting layers running essentially parallel to one another. The second support is arranged so that it is parallel to the first support (10) to the extent that at least one conducting layer (16) of said second support is able to interact inductively with the core (24) and the first electrical winding, said conducting layer (16) forming a second electrical winding.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Multilayer-Planarindu tivität und Verfahren zum Herstellen einer solchenMultilayer planar inductance and method for producing one
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Multilayer-Planarinduktivität nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Multilayer-Planarinduktivät .The present invention relates to a multilayer planar inductor according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a multilayer planar inductor.
Derartige Planarinduktivitäten finden Einsatz etwa in Schaltnetzteilen, Spannungswandlern oder anderen Vorrichtungen der Leistungselektronik, die auf der Basis einer mehrschichtigen, eine Mehrzahl von gegeneinander elektrisch isolierten Leiterschichten aufweisenden Trägerplatte (sog. "Multilayer" oder "Multilayer-Printplatte" ) realisiert sind. Genauer gesagt weist ein solcher Multilayer neben elektronischen Bauelementen für die Schaltelektronik, die in geeigneter Weise durch eine oder mehrere Leitungsbahnen des Multilayers verbunden sind, Induktivitäten wie Transformatoren oder Drosseln auf, für welche (übereinanderliegende) Leitungsschichten des Multilayers die Funktionen der Wicklungen -- also etwa der Primär- oder Sekundärwicklung eines Transformators -- übernehmen: Zu diesem Zweck ist in geeigneter Weise durch einen Durchbruch in dem Multilayer ein Transformatorkern gesteckt, der dann zusammen mit den auf den Leitungsschichten des Multilayers gebildeten Wicklungen den gewünschten Transformator ausbildet.Such planar inductors are used, for example, in switched-mode power supplies, voltage converters or other devices in power electronics which are implemented on the basis of a multilayer carrier plate (so-called "multilayer" or "multilayer printed circuit board") which has a plurality of conductor layers which are electrically insulated from one another. More precisely, such a multilayer has, in addition to electronic components for the switching electronics, which are connected in a suitable manner by one or more conductor tracks of the multilayer, inductors such as transformers or chokes, for which (superimposed) conductor layers of the multilayer the functions of the windings - i.e., for example the primary or secondary winding of a transformer - for this purpose, a transformer core is inserted in a suitable manner through a break in the multilayer, which then forms the desired transformer together with the windings formed on the conductor layers of the multilayer.
Auf diese Weise kann dann ein im Aufbau kompaktes und hinsichtlich thermischer und mechanischer Eigenschaften stabiles Gerät hergestellt werden, welches sonstigen herkömmli- chen Lösungen -- etwa ein diskreter Transformator auf einer herkömmlichen Printplatte -- deutlich überlegen und insbesondere für kommerziellen Einsatz geeignet ist.In this way, a device which is compact in construction and stable in terms of thermal and mechanical properties can then be produced, which is clearly superior to other conventional solutions - for example a discrete transformer on a conventional printed circuit board - and is particularly suitable for commercial use.
BESTÄT1GUNGSK0PIF Die Fig. 6 zum Stand der Technik verdeutlicht in der geschnittenen Seitenansicht den Aufbau einer solchen, gattungsbildenden Planarinduktivität :CONFIRMATION COPIF 6 shows the prior art in the sectional side view of the structure of such a generic planar inductor:
Auf einem die Planarinduktivität ausbildenden Teilbereich eines Multilayers 70, der eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Leitungsschichten 72 aufweist, ist ein schematisch gezeigter Transformatorkern 74 montiert, der -- etwa im seitlichen Querschnitt E-förmig -- sich mit in der Fig. nicht gezeigten Schenkeln durch entsprechend bemessene Durchbrüche des Multilayers 70 erstreckt. Zum Zusammenwirken mit dem Transformatorkern 74 bilden dabei die Leitungs- schichten eine entsprechende Primär- bzw. eine Sekundärwicklung aus, so daß auf die gezeigte Art und Weise die In- duktivität unmittelbar in die mit den weiteren elektronischen Bauelementen 76 schematisch angedeutete Peripherie- Elektronik eingebettet bzw. an diese über entsprechende Leitungsschichten 72 angebunden ist .A schematically shown transformer core 74 is mounted on a partial area of a multilayer 70 which forms the planar inductance and has a plurality of electrically conductive conductor layers. The transformer core 74, which is approximately E-shaped in the lateral cross section, extends through with legs not shown in the figure appropriately sized openings of the multilayer 70 extends. In order to cooperate with the transformer core 74, the line layers form a corresponding primary or secondary winding, so that, in the manner shown, the inductance is embedded directly in the peripheral electronics schematically indicated with the further electronic components 76 or is connected to this via corresponding line layers 72.
Auf die in Fig. 6 gezeigte Weise entsteht somit eine äußerst kompakte, elektrisch und mechanisch stabile Anordnung, die zudem aufgrund der guten Reproduzierbarkeit der geometrischen Abmessungen auch überaus serientauglich ist.In the manner shown in FIG. 6, an extremely compact, electrically and mechanically stable arrangement is thus created which, owing to the good reproducibility of the geometric dimensions, is also extremely suitable for series production.
Je nach Anwendungszweck und konkret realisiertem, elektronischem Gerät können auf diese Weise eine oder mehrere Planarinduktivitäten auf bzw. in einem Multilayer realisiert sein, wobei jedoch üblicherweise die Induktivitäten nur einen eher geringen Teil der Multilayer-Oberflache bzw. -Bestückungsfläche belegen.Depending on the application and the specifically implemented electronic device, one or more planar inductors can be implemented on or in a multilayer in this way, although the inductors usually only occupy a rather small part of the multilayer surface or assembly area.
Als nachteilig für einen Einsatz dieser Technologie im Rahmen eines Produktprogrammes mit einer größeren Variantenvielfalt hat es sich jedoch erwiesen, daß für jede einzelne bzw. gesondert hergestellte Variante ein spezieller Entwurf (Design) des zugehörigen Multilayers erfolgen muß: So ist es insbesondere im Fall von Power-Supplyschaltungen notwendig, sowohl die Primärseite als auch die Sekundärseite des (Planar-) Transformators für eine Mehrzahl verschiedener Spannungen bzw. Spannungsbereiche anzubieten, etwa auch bemessen durch die gewählte Anzahl der relevanten Leitungs- schichten für den Transformator (entsprechend einer Wicklungszahl des Transformators) . Bei etwa fünf möglichen, verschiedenen Primärspannungen und fünf angebotenen, verschiedenen Sekundärspannungen würden entsprechend 25 Produktvarianten einer elektronischen Vorrichtung entstehen, die jeweils einen gesonderten, speziell auf die je- weils gewünschte Spannungskombination eingerichteten Multilayer fordern, wobei die Diversifizierung lediglich im Bereich der jeweiligen Planarinduktivität (en) auftritt.However, it has proven to be disadvantageous for the use of this technology in the context of a product program with a greater variety of variants that a special design (design) of the associated multilayer has to be carried out for each individual or separately produced variant: this is particularly the case in the case of power -Supply circuits necessary, both the primary side and the secondary side of the Offer (planar) transformers for a variety of different voltages or voltage ranges, for example also measured by the selected number of relevant line layers for the transformer (corresponding to a number of windings of the transformer). With about five possible, different primary voltages and five different secondary voltages offered, 25 product variants of an electronic device would arise, each of which requires a separate multilayer specifically designed for the desired voltage combination, with diversification only in the area of the respective planar inductance (s ) occurs.
Berücksichtigt man dann, daß insbesondere Multilayer mit einer relativ hohen Lagenzahl (etwa acht oder elf Lagen) verglichen mit Multilayern niedriger Lagenanzahl überproportional hohe Einkaufs- und entsprechend Lagerkosten verursachen, ist insbesondere der erwünschte, flexible Einsatz der Multilayer-Technik äußerst aufwendig und bei zunehmen- der Variantenvielfalt mit herkömmlicher Technologie nicht konkurrenzfähig .If one then takes into account that multilayers with a relatively high number of layers (approximately eight or eleven layers) cause disproportionately high purchasing costs and corresponding storage costs compared to multilayers with a low number of layers, the desired, flexible use of multilayer technology is extremely complex and increases the variety of variants not competitive with conventional technology.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Anordnung mit einer Multilayer-Planarinduktivi- tat zu schaffen, deren Herstellung im Hinblick auf mögliche Variationen der Induktivitätswicklungen vereinfacht und flexibilisiert werden kann, wobei insbesondere auch die Beschaffung und Bevorratung der teuren, als Multilayer realisierten plattenförmigen Träger vereinfacht werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a generic arrangement with a multilayer planar inductor, the manufacture of which can be simplified and made more flexible with regard to possible variations in the inductance windings, in particular the procurement and storage of the expensive plate-shaped plates realized as multilayers Carrier can be simplified.
Die Aufgabe wird durch die Multilayer-Planarinduktivität mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelös .The object is achieved by the multilayer planar inductance with the features of patent claim 1 and the method with the features of patent claim 9.
Vorteilhaft ermöglicht dabei der in dem Teilbereich vorgesehene, zweite Multilayer, der bevorzugt mit seinen Abmessungen auch auf diesen Bereich beschränkt ist, das flexible, variable Ergänzen zusätzlicher Leitungsschichten und somit Induktivitätswicklungen zu den im Basis-Multilayer (dem ersten plattenförmigen Träger) bereits vorhandenen ersten Leitungsschichten, so daß durch entsprechendes Aufsetzen und Ausbilden eines oder mehrerer lokal beschränkter Multilayer die für eine jeweilige Produktvariante benötigte Induktivität mit geringem Aufwand hergestellt werden kann, ohne daß etwa für diese Variante ein spezieller, gesonderter Multilayer-Komplettentwurf vorgesehen werden muß.The second multilayer provided in the partial area, which is preferably also limited in its dimensions to this area, advantageously enables the flexible, variable addition of additional line layers and thus inductance windings to the first line layers already present in the base multilayer (the first plate-shaped carrier), so that the inductance required for a respective product variant can be produced with little effort by appropriate placement and formation of one or more locally restricted multilayers without, for example, for this variant a special, separate multilayer complete design must be provided.
Da darüber hinaus in der Regel eine größere Anzahl von elektrischen Leitungsschichten lediglich im Bereich der Planarinduktivität benötigt wird, für die umgebene Peripherie-Elektronik jedoch nicht, ist es erfindungsgemäß und vorteilhaft möglich, die Peripherie-Elektronik auf dem ersten Träger mit einer geringen Anzahl von Leiterschichten (mit entsprechend geringem Kostenaufwand) zu realisieren, während lediglich im Bereich der Planarinduktivität die benötigten, zusätzlichen Leitungsschichten durch das Aufsetzen eines oder mehrerer zusätzlicher Multilayer lokal und selektiv erfolgt.In addition, since, as a rule, a larger number of electrical line layers are only required in the area of the planar inductance, but not for the surrounding peripheral electronics, it is advantageously and according to the invention possible to have the peripheral electronics on the first carrier with a small number of conductor layers To realize (with correspondingly low cost), while only in the area of the planar inductance, the additional line layers required locally and selectively by placing one or more additional multilayers.
Im Ergebnis wird dann das teuere Multilayer-Material optimal ausgenutzt.As a result, the expensive multilayer material is optimally used.
Darüber hinaus ist es durch die Erfindung vorteilhaft möglich, ein für eine Vielzahl von Varianten taugliches Herstellungssystem zu entwickeln, welches variantenübergreifende Komponenten auf dem ersten, plattenförmigen Träger enthält, während variantenspezifische Komponenten -- neben zusätzlichen Wicklungen ggf. auch zusätzliche, spezifisch notwendige Peripherie-Elektronik -- auf dem bzw. den zusätzlichen Trägern enthalten sind. Konstruktiver Aufwand und Lagerhaltung für eine Mehrzahl von Varianten verringern sich somit drastisch.In addition, the invention advantageously makes it possible to develop a production system which is suitable for a large number of variants and which contains cross-variant components on the first, plate-shaped carrier, while variant-specific components — in addition to additional windings and possibly additional, specifically required peripheral electronics - Are included on the additional carrier (s). Design effort and warehousing for a large number of variants are drastically reduced.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. So ist es erfindungsgemäß möglich, ein- oder beidseitig des Basisträgers (des ersten Trägers) einen oder mehrere der auf den konkreten Bereich der Induktivität beschränkten, zusätzlichen Multilayer-Träger anzubringen, wobei insbeson- dere bei beidseitiger Anbringung eine Anordnung maximaler Kompaktheit entstehen kann.Advantageous developments of the invention are described in the subclaims. Thus, according to the invention, it is possible to attach one or more of the additional multilayer carriers, which are limited to the specific area of inductance, on one or both sides of the base carrier (the first carrier), with an arrangement of maximum compactness being possible, in particular, when applied on both sides.
Besonders geeignet ist die Erfindung zudem bei der Verwendung der Planarinduktivität als Transformator, da hier Pri- mär- und Sekundärwicklung den Leitungsschichten des zweiten bzw. des ersten Trägers unmittelbar zugeordnet werden können und somit die unmittelbare Beeinflussung des Wicklungsverhältnisses je nach Spezifikation möglich ist.The invention is also particularly suitable when the planar inductance is used as a transformer, since primary and secondary windings can be directly assigned to the line layers of the second or first carrier, and the winding ratio can thus be influenced directly, depending on the specification.
Erfindungsgemäß sind verschiedene Wege möglich, den zweiten Träger in geeigneter Weise mechanisch (und auch elektrisch) mit dem zugrundeliegenden, ersten Träger zu verbinden, wobei sich hinsichtlich Festigkeit und mechanischer Belastbarkeit eine Lötverbindung im seitlichen Bereich des zwei- ten Trägers als besonders geeignet und bevorzugt herausgestellt hat. Weiter vorteilhaft wäre eine solche Anordnung durch eine (ggf. zusätzliche) Klebverbindung der Leiterschichten zu ergänzen bzw. weiter zu stabilisieren.According to the invention, various ways are possible of mechanically (and also electrically) connecting the second carrier to the underlying first carrier in a suitable manner, a soldered connection in the lateral region of the second carrier being found to be particularly suitable and preferred in terms of strength and mechanical strength Has. Such an arrangement would be further advantageous to be supplemented or further stabilized by a (possibly additional) adhesive connection of the conductor layers.
Insgesamt wird durch die vorliegende Erfindung ein flexibel einsetzbares Planar- Induktivitätensystem geschaffen, welches auf der Basis der vorteilhaften Multilayer-Technik die Möglichkeit zur weitgehenden Fertigungs- und Logistikoptimierung schafft . Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen inOverall, the present invention creates a flexibly usable planar inductance system which, on the basis of the advantageous multilayer technology, creates the possibility of extensive manufacturing and logistics optimization. Further advantages, features and details of the invention result from the following description of exemplary embodiments and from the drawings; these show in
Fig. 1: eine Draufsicht auf eine auf einem Multilayer realisierte elektronische Schaltungsvorrichtung mit einem Paar von Planarinduktivitäten auf einem Teilbereich des Multi- layers;1: a top view of an electronic circuit device realized on a multilayer with a pair of planar inductances on a partial area of the multilayer;
Fig. 2: eine ausschnittsweise Draufsicht auf eine Planarinduktivität der Darstellung gemäß Fig. 1;FIG. 2 shows a partial plan view of a planar inductance of the representation according to FIG. 1;
Fig. 3: eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Multilayer-Planarinduktivität gemäß Fig. 2 und gemäß einer bevorzugten Ausführungs- form der Erfindung (best mode) ;3: a partially sectioned side view of the multilayer planar inductance according to FIG. 2 and according to a preferred embodiment of the invention (best mode);
Fig. 4: eine zweite, alternative Ausführungsform der Erfindung mit einseitig aufgeklemmtem, zweiten Multilayer-Stück;4: a second, alternative embodiment of the invention with a second multilayer piece clamped on one side;
Fig. 5: eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit beidseits des Basis-Multilayers aufgeklemmten Multilayer-Stücken zur Ausbildung der Planarinduktivität und5 shows a third embodiment of the invention with multilayer pieces clamped on both sides of the basic multilayer to form the planar inductance and
Fig. 6: eine seitliche Schnittansicht einer herkömmlichen Multilayer-Planarinduktivität zur Erläuterung des Standes der Technik.6 shows a side sectional view of a conventional multilayer planar inductance to explain the prior art.
In Fig. 1 trägt eine Multilayer-Karte 10, etwa im Außenfor- mat einer Europakarte, ein Paar von Planarinduktivitäten in Form von Planartransformatoren 12, die im Zentrum der Karte 10 angeordnet sind und etwa 20% der Kartenoberfläche belegen. Jeder Planartransformator 12 ist elektrisch mittels einer Sekundärwicklung realisiert, die durch Leitungsschichten 14 der Multilayer-Karte 10 (Basis-Multilayer) bereitgestellt werden, sowie durch eine Primärwicklung, die durch Leitungsschichten 16 und 18 eines beidseits des Basis-Multi- layers vorgesehenen ersten bzw. zweiten zusätzlichen Multi- layer-Stücks 20 bzw. 22 bereitgestellt werden.In Fig. 1, a multilayer card 10, for example in the outer format of a European map, carries a pair of planar inductors in the form of planar transformers 12, which are arranged in the center of the card 10 and occupy approximately 20% of the card surface. Each planar transformer 12 is implemented electrically by means of a secondary winding, which are provided by line layers 14 of the multilayer card 10 (base multilayer), and by a primary winding, which are provided by line layers 16 and 18 of a first or, respectively, provided on both sides of the base multilayer. second additional multi-layer pieces 20 and 22 are provided.
Die Leitungsschichten 14 bis 18 werden von einem im seitlichen Querschnitt E-förmigen Transformatorkern 24 (vgl. Draufsicht der Fig. 2) durchdrungen, wobei dieser mit seinen Schenkeln durch die geschichtete Multilayer-Anordnung 20-10-22 hindurchgreift.The conductor layers 14 to 18 are penetrated by a transformer core 24 with a lateral cross section (cf. plan view of FIG. 2), with its legs reaching through the layered multilayer arrangement 20-10-22.
Genauer gesagt sind in den Multilayer-Stücken 20 bzw. 22 randseitige Ausnehmungen 26 sowie eine zentrale Ausnehmung 28 gebildet, die mit Durchbrüchen 30 des Basis-Multilayers 10 fluchten, so daß die (in der Darstellung der Fig. 2, ab- wärts in die Zeichenebene hinein gerichteten) Schenkel des Transformatorkerns 24 durch alle drei Multilayer-Schichten hindurchgreifen und bodenseitig durch ein entsprechend zugeordnetes, in den Fig. nicht näher gezeigtes Kernelement verbunden werden können.More precisely, in the multilayer pieces 20 and 22, edge-side recesses 26 and a central recess 28 are formed, which are aligned with openings 30 of the base multilayer 10, so that the (in the illustration in FIG. 2, downwards into the Legs of the transformer core 24 directed into the plane of the drawing reach through all three multilayer layers and can be connected on the base side by a correspondingly assigned core element, not shown in the figures.
Durch die Leitungsschichten 14 des Basis-Multilayers bzw. die weiteren Leitungsschichten 16, 18 der Multilayer-Stücke 20, 22 findet eine elektrische Verbindung zu den weiteren elektronischen Bauelementen 32 auf der Multilayer-Karte 10 statt, so daß die Planarinduktivität in der ansonsten bekannten Weise in den Schaltungsaufbau einbezogen werden kann.An electrical connection to the further electronic components 32 on the multilayer card 10 takes place through the line layers 14 of the base multilayer or the further line layers 16, 18 of the multilayer pieces 20, 22, so that the planar inductance takes place in the otherwise known manner can be included in the circuit structure.
Wie die Draufsichten der Fig. 1 bzw. Fig. 2 zeigen, er- strecken sich die zusätzlichen Multilayer-Stücke 20, 22 über einen Teilabschnitt der Multilayer-Karte 10 (beidseits von dieser), wobei die zusätzlichen Stücke 20, 22 mittels eines nur geringen Zwischenraumes 34 (vgl. Fig. 3) auf der Basiskarte 10 aufliegen, durch zusätzliche Klebeverbindungen 36 mit dieser verbunden sind und so eine geschichtete Anordnung einer Mehrzahl i.w. paralleler Leitungsanordnungen entsteht: Im beispielhaft angenommenen Fall, daß der Basis-Multilayer vier Leitungsschichten aufweist und die zusätzlichen Multilayer-Stücke 20, 22 jeweils fünf Lei- tungsschichten, entsteht somit im Bereich der Planarinduktivität eine Schichtung von vierzehn Leitungsschichten, die hinsichtlich ihrer elektrischen bzw. mechanischen Eigen- schatten gegenüber einem einzelnen, vierzehn-schichtigen Multilayer nur unwesentlich verschlechtert ist, jedoch nur einen Bruchteil der Beschaffungs- bzw. Herstellungskosten erfordert . Darüber hinaus ist dann durch geeignete Wahl bzw. Bemessung der aufzusetzenden Multilayer-Stücke 20, 22 ein nahezu beliebiges Anpassen an gewünschte Dimensionierungen möglich, wobei die Erfindung auch nicht auf etwa die in den Fig. gezeigte ein- bzw. zweiseitige Anordnung zusätzlicher Multilayer-Stücke beschränkt ist, sondern vielmehr auch eine beliebige, geeignete Anzahl von aufeinander- liegenden Multilayer-Stücken (ein- oder zweiseitig) befestigt werden kann.As the plan views of FIGS. 1 and 2 show, the additional multilayer pieces 20, 22 extend over a partial section of the multilayer card 10 (on both sides thereof), the additional pieces 20, 22 using only one small gap 34 (see FIG. 3) on the Base card 10 lie on it, are connected to it by additional adhesive connections 36, and a layered arrangement of a plurality of parallel line arrangements is thus created: in the example assumed that the base multilayer has four line layers and the additional multilayer pieces 20, 22 each have five lines In the area of planar inductance, a stratification of fourteen conductor layers arises, which is only insignificantly deteriorated in terms of its electrical or mechanical properties compared to a single, fourteen-layer multilayer, but only requires a fraction of the procurement or production costs. In addition, a suitable choice or dimensioning of the multilayer pieces 20, 22 to be put on makes an almost arbitrary adaptation to the desired dimensions possible, the invention also not in the one or two-sided arrangement of additional multilayer pieces shown in the figures is limited, but rather any suitable number of stacked multilayer pieces (one or two sides) can be attached.
Im weiteren wird unter Bezug auf die Fig. 2 und 3 ein erster Weg erläutert, wie erfindungsgemäß die zusätzlichen Multilayer-Stücke 20, 22 auf dem Basis-Multilayer 10 befestigt werden können. Wie die Draufsicht der Fig. 2 zeigt, sind die Multilayer-Stücke 20, 22 im Bereich ihrer Schmalkanten jeweils mit einem Paar seitlicher Aussparungen 38 versehen, die als periphere Fräsungen realisiert und in diesem Bereich metallisiert sind. Wie zudem in der Seitenansicht der Fig. 3 zu erkennen, erstreckt sich die Metallisierung auch über einen randseitigen Bereich der Ober- bzw. Unterfläche eines jeweiligen Multilayer-Stücks .A first way of how the additional multilayer pieces 20, 22 according to the invention can be attached to the base multilayer 10 is explained below with reference to FIGS. 2 and 3. As the top view of FIG. 2 shows, the multilayer pieces 20, 22 are each provided in the area of their narrow edges with a pair of lateral recesses 38, which are realized as peripheral millings and are metallized in this area. As can also be seen in the side view of FIG. 3, the metallization also extends over an edge-side region of the upper or lower surface of a respective multilayer piece.
Befestigt sind diese Multilayer-Stücke 20, 22 nunmehr mittels geeignet aufgebrachter Löt- bzw. Schweißpunkte 40 im Bereich der metallisierten Aussparungen 38, wodurch das jeweilige Plattenelement in für eine automatisierte Be- stückung und Befestigung (etwa SMD) geeigneter Weise auf entsprechenden, metallisierten Befestigungspunkten 42 der Basisplatte 10 festgelegt werden kann.These multilayer pieces 20, 22 are now fastened by means of suitably applied soldering or welding points 40 in the area of the metallized cutouts 38, as a result of which the respective plate element is used for automated loading. piece and attachment (such as SMD) can be set appropriately on corresponding, metallized attachment points 42 of the base plate 10.
Die so entstehende, besonders gut aus der Schnittansicht der Fig. 3 zu erkennende Anordnung ist dann mechanisch stabil und hält die einzelnen Leitungsschichten möglichst dicht aufeinander, so daß bei der entstehenden Planarinduktivität nur äußerst geringe Streuverluste anzunehmen sein werden.The resulting arrangement, which can be seen particularly well from the sectional view in FIG. 3, is then mechanically stable and keeps the individual line layers as close as possible to one another, so that only extremely small scattering losses can be assumed in the case of the resulting planar inductance.
Die Fig. 4 und 5 zeigen alternative Möglichkeiten, erfindungsgemäß eines oder mehrere zusätzliche Multilayer-Stücke auf einer Multilayer-Basiskarte 10 im Bereich der Planarin- duktivität und zum variablen Ausbilden derselben zu befestigen.4 and 5 show alternative possibilities, according to the invention, for attaching one or more additional multilayer pieces to a multilayer base card 10 in the area of the planar inductance and for the variable configuration thereof.
So ist gemäß Fig. 4 ein zusätzliches Multilayer-Stück 44 mittels eines wiederum an vier Punkten gemäß Fig. 2 angrei- fenden Klammerelements 46 mit der Basiskarte 10 verbunden, wobei die Klammerelemente 46 in entsprechende Aufnahmedurchbrüche 48 der Basiskarte 10 eingeführt und dort mittels einer Lötverbindung od.dgl. festgelegt sind.According to FIG. 4, an additional multilayer piece 44 is connected to the base card 10 by means of a clip element 46, which in turn attacks at four points according to FIG. 2, the clip elements 46 being inserted into corresponding receiving openings 48 in the base card 10 and there by means of a soldered connection or the like. are set.
Durch diese in Fig. 4 gezeigte Ausbildung entsteht dann zwar ein etwas größerer Abstand zwischen Basiskarte 10 und zusätzlichem Multilayer 44 (bzw. den jeweiligen Leitungsschichten) , erkennbar gestattet jedoch die Anordnung in Fig. 4 ein leichtes, austauschbares Montieren des zusätz- liehen Multilayers.4 then creates a somewhat larger distance between base card 10 and additional multilayer 44 (or the respective line layers), but recognizable, the arrangement in FIG. 4 permits easy, exchangeable mounting of the additional multilayer.
Entsprechendes gilt für die beidseitige Anordnung wiederum eines Paares von Multilayer-Zusatzstücken für eine Planarinduktivität gemäß Fig. 5, beidseits des Basis-Multi- layers 10. Durch wiederum analog zur obigen Weise angeordnete Einzelklemmen 50, die jeweils bodenseitig auf Befestigungsflächen 52 des Basis-Multilayers 10 aufgelötet sind, entsteht diese flexible Befestigungsmöglichkeit. Alternativ können die jeweiligen Einzelelemente 50 auch in Form von Profilen gebildet sein, die sich über eine jeweilige Kantenlänge der gezeigten Multilayer-Stücke 54 erstrecken.The same applies to the arrangement on both sides of a pair of multilayer additional pieces for a planar inductance according to FIG. 5, on both sides of the base multilayer 10. By means of individual clamps 50, again arranged analogously to the above manner, each on the bottom side on fastening surfaces 52 of the base multilayer 10 are soldered, this flexible mounting option is created. Alternatively The respective individual elements 50 can also be formed in the form of profiles which extend over a respective edge length of the multilayer pieces 54 shown.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind rein exemplarisch zu verstehen, und es liegt im Rahmen des fachmännischen Verständnisses, auf der Basis der geschilderten Ausführungsbeispiele das Erfindungsprinzip auf weitere, geeignete Anwendungsfälle anzuwenden.The exemplary embodiments shown are to be understood purely by way of example, and it is within the scope of the expert understanding to apply the principle of the invention to further suitable applications on the basis of the exemplary embodiments described.
Grundsätzlich bietet es sich an, einen Multilayer als Basisplatte zu benutzen, der mindestens zwei Leitungsschichten aufweist; üblicherweise wird ein praktisch nutzbarer Multilayer etwa sechs Leitungsschichten aufweisen. Darauf werden dann in geeigneter Weise und abhängig von den Wicklungserfordernissen Multilayer-Stücke im Bereich der auszubildenden Induktivität angebracht, die der geforderten Wicklungszahl bzw. dem geforderten Wicklungsverhältnis entsprechen.Basically, it makes sense to use a multilayer as the base plate, which has at least two line layers; Usually a practically usable multilayer will have about six line layers. Then, in a suitable manner and depending on the winding requirements, multilayer pieces are attached in the area of the inductance to be formed, which correspond to the required number of windings or the required winding ratio.
Während im geschilderten Ausführungsbeispiel bevorzugt die Sekundärwicklung der Basisplatte zugeordnet wurde, da diese oftmals weniger Wicklungen benötigt, ist natürlich -- je nach Anwendungsfall -- auch eine Umkehrung oder andere Aus- gestaltung möglich, etwa das Verwenden von Leitungsschichten der Basisplatte als Primärwicklung.While in the described exemplary embodiment the secondary winding was preferably assigned to the base plate, since this often requires fewer windings, a reversal or other configuration is of course also possible, depending on the application, for example using line layers of the base plate as the primary winding.
Auch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Befestigungs- und Kontaktiermöglichkeiten für die aufzusetzende (n) zusätzliche Multilayer-Platte (n) beschränkt; so könnte es sich insbesondere auch anbieten, aus der Hybrid-Technik bekannte Kontaktier- und Befestigungs- verfahren vorzusehen, etwa in Form eines Verbindungskämmes . Ergänzend oder alternativ erscheint es möglich, gezielte, elektrische Kontakte zwischen einer Leitung eines aufgesetzten, zusätzlichen Multilayers und einem Kontaktpunkt auf der Basisplatte durch Bonden oder ein vergleichbares Verbindungsverfahren herzustellen.The present invention is also not limited to the described fastening and contacting options for the additional multilayer plate (s) to be fitted; For example, it could also be appropriate to provide contacting and fastening methods known from hybrid technology, for example in the form of a connecting comb. In addition or as an alternative, it appears possible to produce targeted electrical contacts between a line of an attached, additional multilayer and a contact point on the base plate by bonding or a comparable connection method.
Im Ergebnis entsteht somit eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren, welches erfindungsgemäß die Vorteile der Multi- layer-Technologie hinsichtlich Kompaktheit, Reproduzierbar- keit in der Fertigung und mechanischer Belastbarkeit durch die Möglichkeit ergänzt, auf eine einfache und flexible Art und Weise eine beliebig konfigurierbare Multilayer-Planarinduktivität auszubilden, ohne daß etwa speziell hierfür der zugrundeliegende Basis-Multilayer gesondert ausgebildet sein muß. The result is a device or a method which, according to the invention, complements the advantages of multilayer technology with regard to compactness, reproducibility in production and mechanical resilience by the possibility of a multilayer which can be configured in a simple and flexible manner -Training planar inductance without the base multilayer on which it is based, for example, having to be specially designed for this purpose.

Claims

PATENTANSPRUCHE PATENT CLAIMS
1. Multilayer-Planarinduktivität auf einem Teilbereich eines ersten plattenförmigen Trägers (10), der eine Mehrzahl von i.w. parallel zueinander verlaufenden, ersten Leitungsschichten (14) aufweist und zum Halten und Kontaktieren weiterer elektronischer Bauelemente (32) ausgebildet ist, wobei mindestens eine, eine erste elektrische Windung realisierende Leitungsschicht (14) des ersten Trägers zum Zusammenwirken mit einem zum Führen eines magnetischen Flusses vorgesehenen, in dem Teilbereich anzuordnenden Kern (24) eingerichtet ist, dadurch gekennzeich- net, daß in dem Teilbereich mindestens ein zweiter plattenförmi- ger Träger (20; 22; 44; 54) mit einer Mehrzahl von i.w. parallel zueinander verlaufenden, zweiten Leitungsschichten (16; 18) so parallel zu dem ersten Träger (10) angeordnet ist, daß mindestens eine, eine zweite elektrische Windung realisierende Leitungsschicht (16) des zweiten Trägers mit dem Kern (24) und der ersten elektrischen Windung induktiv zusammenwirken kann.1. multilayer planar inductance on a partial area of a first plate-shaped carrier (10), which a plurality of i.w. has parallel first line layers (14) and is designed to hold and contact further electronic components (32), at least one line layer (14) of the first carrier realizing a first electrical winding for interacting with one intended for guiding a magnetic flux , to be arranged in the partial area core (24), characterized in that in the partial area at least a second plate-shaped carrier (20; 22; 44; 54) with a plurality of iw Second line layers (16; 18) running parallel to one another are arranged parallel to the first carrier (10) in such a way that at least one line layer (16) of the second carrier with the core (24) and the first electrical winding realizing a second electrical turn can interact inductively.
2. Planarinduktivität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite plattenförmige Träger eine geometrische Ausdehnung parallel zum ersten Träger aufweist, die sich auf den Teilbereich beschränkt.2. planar inductance according to claim 1, characterized in that the second plate-shaped carrier has a geometric extension parallel to the first carrier, which is limited to the partial area.
3. Planarinduktivität nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits des ersten Trägers jeweils mindestens ein zweiter Träger fluchtend übereinander angeordnet ist . 3. planar inductance according to claim 1 or 2, characterized in that on both sides of the first carrier in each case at least one second carrier is arranged in alignment one above the other.
4. Planarinduktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität als Transformator realisiert ist, dessen Sekundärwindung durch die erste elektrische Windung und dessen Primärwindung durch die zweite elektrische Windung realisiert ist.4. planar inductance according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inductance is realized as a transformer, the secondary winding is realized by the first electrical winding and the primary winding by the second electrical winding.
5. Planarinduktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Träger durch mindestens zwei, an gegenüberliegenden Seiten angrei- fende, auf dem ersten Träger befestigte Halteelemente (46, 50) mit dem ersten Träger befestigbar ist.5. Planar inductance according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second carrier can be fastened to the first carrier by at least two holding elements (46, 50) engaging on opposite sides and fastened on the first carrier.
6. Planarinduktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Träger durch mindestens eine, seitlich angreifende Lötverbindung mit dem ersten Träger verbunden ist.6. Planar inductance according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second carrier is connected to the first carrier by at least one laterally acting soldered connection.
7. Planarinduktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Träger mittels einer Klebverbindung auf dem ersten Träger befestigbar ist.7. planar inductance according to one of claims 1 to 6, characterized in that the second carrier can be fastened to the first carrier by means of an adhesive connection.
8. Planarinduktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger und der zweite Träger im aufeinander angeordneten Zustand mindestens einen fluchtenden Durchbruch (30) zum Hindurchführen eines Abschnittes des Kerns (24) aufweisen.8. planar inductance according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first carrier and the second carrier in the superposed state have at least one aligned opening (30) for passing a portion of the core (24).
9. Verfahren zum Herstellen einer Multilayer- Planarinduktivität, insbesondere nach einem der9. Method for producing a multilayer planar inductance, in particular according to one of the
Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Schritte:Claims 1 to 8, characterized by the steps:
Ausbilden eines Teilbereichs eines ersten plattenförmigen Trägers mit einer Mehrzahl von i. w. parallel zueinander verlaufenden, ersten Leitungsschichten zum Aufnehmen eines zum Führen eines magnetischen Flusses vorgesehenen Kerns, Anordnen eines zweiten plattenförmigen Trägers mit einer Mehrzahl von i. w. parallel zueinander verlaufenden, zweiten Leitungsschichten parallel zu dem ersten Träger undForming a partial area of a first plate-shaped carrier with a plurality of iw parallel first conduction layers for receiving a core provided for guiding a magnetic flux, arranging a second plate-shaped carrier with a plurality of iw parallel to one another running, second line layers parallel to the first carrier and
Anordnen des Kerns an dem ersten Träger und an dem zweiten Träger so, daß eine erste elektrische Windung des ersten Trägers, eine zweite elektrische Windung des zweiten Trägers sowie der Kern induktiv zusammenwirken können. Arranging the core on the first carrier and on the second carrier such that a first electrical winding of the first carrier, a second electrical winding of the second carrier and the core can interact inductively.
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