EP2070096A1 - Built-in self in a printed circuit - Google Patents

Built-in self in a printed circuit

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EP2070096A1
EP2070096A1 EP07820991A EP07820991A EP2070096A1 EP 2070096 A1 EP2070096 A1 EP 2070096A1 EP 07820991 A EP07820991 A EP 07820991A EP 07820991 A EP07820991 A EP 07820991A EP 2070096 A1 EP2070096 A1 EP 2070096A1
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EP
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self
face
deposited
track
printed circuit
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Withdrawn
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EP07820991A
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German (de)
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Inventor
Marc Pouplier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Junghans T2M SAS
Original Assignee
Junghans T2M SAS
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Publication date
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F17/0013—Printed inductances with stacked layers
    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor
    • H05K1/165—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor incorporating printed inductors

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Abstract

The invention relates to a self printed on a material having a thickness H, the self comprising one or more turns, characterised in that one turn is made of a first metallised track (4i) deposited on a first face (2) of the material, a second metallised track (4i) deposited on a second face (3) of the material, the track deposited on the first face being connected to the track deposited on the second face by at least one metallised though-hole (5i) extending through the thickness of the material.

Description

SELF INTEGREE DANS UN CIRCUIT IMPRIME SELF INTEGRATED IN A PRINTED CIRCUIT
L'invention concerne notamment une self en trois dimensions réalisées sur un circuit imprimé.The invention particularly relates to a three-dimensional inductor made on a printed circuit.
Elle peut aussi concerner toute self devant être réalisée dans un circuit constitué d'un matériau présentant une certaine épaisseur, chaque face de ce matériau comprenant des pistes métallisées. Le matériau est par exemple un matériau hyperfréquence. Elle peut être utilisée au niveau des filtres pour les équipements de radio communication.It may also relate to any self to be made in a circuit consisting of a material having a certain thickness, each face of this material comprising metallized tracks. The material is for example a microwave material. It can be used at the filter level for radio communication equipment.
Habituellement dans la conception de filtres spécifiques et performants, il est nécessaire de réaliser des selfs à air dont le bobinage s'effectue sur un mandrin spécifique. Le sens de l'enroulement, le volume de la self et la grosseur du fil sont choisis en fonction du besoin.Usually in the design of specific and efficient filters, it is necessary to realize air chokes whose winding is carried out on a specific mandrel. The direction of the winding, the volume of the inductor and the size of the wire are chosen according to the need.
Ce mode de fabrication requiert une très grande précision dans la fabrication de la self spécifique. Il est nécessaire d'avoir une grande précision sur le mandrin supportant l'enroulement et donc de résoudre tout problème mécanique susceptible d'exister. D'autre part, le diamètre du fil venant se bobiner sur le mandrin doit être parfaitement contrôlé, au moment du bobinage la tension sur le fil doit être constante et enfin le tout soit fixé ou moulé pour éviter toute déformation ultérieure. En général les méthodes connues de l'art antérieur, nécessitent des réglages qui conduisent à différents inconvénients, par exemple, une augmentation du nombre de composantes, une fiabilité dégradée, un coût lié à sa fabrication et au temps de réglage.This method of manufacture requires a very high precision in the manufacture of the specific self. It is necessary to have a high accuracy on the mandrel supporting the winding and thus to solve any mechanical problem that may exist. On the other hand, the diameter of the wire coming to wind on the mandrel must be perfectly controlled, at the time of winding the tension on the thread must be constant and finally everything is fixed or molded to prevent further deformation. In general, the known methods of the prior art require adjustments that lead to various disadvantages, for example, an increase in the number of components, a degraded reliability, a cost related to its manufacture and the adjustment time.
L'idée de la présente invention est de réaliser les selfs, notamment les selfs d'accord dans le cas de filtre, directement sur un circuit imprimé. L'invention concerne une self imprimée sur un matériau d'épaisseur H, la self comportant une ou plusieurs spires caractérisée en ce qu'une spire est constituée d'une première piste métallisée déposée sur une première face du matériau, d'une deuxième piste métallisée déposée sur une deuxième face du matériau, une piste déposée sur la première face étant réunie à une piste déposée sur la deuxième face au moyen d'au moins un trou métallisé traversant l'épaisseur H du matériau.The idea of the present invention is to realize the chokes, including chokes chords in the case of filter, directly on a printed circuit. The invention relates to a self-inductor printed on a material of thickness H, the self having one or more turns characterized in that a turn consists of a first metallized track deposited on a first face of the material, a second track metallized deposited on a second face of the material, a track deposited on the first face being joined to a track deposited on the second face by means of at least one metallized hole through the thickness H of the material.
L'invention concerne une self imprimée sur un matériau d'épaisseur H, la self comportant une ou plusieurs spires caractérisée en ce qu'une spire est constituée d'une première piste métallisée déposée sur une première face du matériau, d'une deuxième piste métallisée déposée sur une deuxième face du matériau, une piste déposée sur la première face étant réunie à une piste déposée sur la deuxième face au moyen d'au moins un trou métallisé traversant l'épaisseur H du matériau.The invention relates to a self-inductor printed on a material of thickness H, the self having one or more turns characterized in that a turn consists of a first metallized track deposited on a first face of the material, a second track metallized deposited on a second face of the material, a track deposited on the first face being joined to a track deposited on the second face by means of at least one metallized hole through the thickness H of the material.
Le procédé selon l'invention présente notamment les avantages suivants :The process according to the invention has the following advantages:
• Une grande reproductibilité sur les valeurs des selfs,• A great reproducibility on the values of the selfs,
• De figer son environnement (d'être maître des couplages magnétiques, de tous les éléments parasites),• To freeze its environment (to be master of magnetic couplings, of all parasitic elements),
• De bénéficier de la précision de la technique de circuit imprimé,• To benefit from the precision of the printed circuit technique,
• De s'affranchir des problèmes de câblage,• To overcome wiring problems,
• D'obtenir des coefficients de qualité élevés,• To obtain high quality coefficients,
• De faire simplement des « clones » de self (avantage important pour certaines applications : filtre notamment).• To simply make "clones" of self (important advantage for some applications: filter in particular).
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif annexé des figures qui représentent : • La figure 1 une vue d'ensemble d'une self réalisée sur un circuit imprimé,Other features and advantages of the present invention will appear better on reading the following description of an example of embodiment given by way of illustration and not limited to the appended figures which represent: FIG. 1 is an overall view of a choke made on a printed circuit,
• La figure 2 un schéma représentatif d'une self imprimée,FIG. 2 a representative diagram of a printed self,
• La figure 3 un exemple d'implantation d'un filtre tractable, et « La figure 4 un autre exemple d'implantation d'un filtre tractable.• Figure 3 an example of implementation of a towable filter, and "Figure 4 another example of implementation of a towable filter.
Afin de mieux faire comprendre l'objet de la présente invention, la description qui suit est donnée à titre illustratif et non limitatif pour une self réalisée sur un circuit imprimé et pouvant servir comme self d'accord pour un filtre. Sur la figure 1 , on a représenté une vue d'ensemble d'un circuit imprimé 1 constitué d'un matériau hyper fréquence et comprenant une première face 2 ou face inférieure, une deuxième face 3 ou face supérieure. Le circuit imprimé possède une épaisseur e correspondant sensiblement à la hauteur H d'une spire tel que détaillé dans la suite. Sur chacune des faces 2, 3 sont déposées une ou plusieurs pistes 4i métallisées constituées, par exemple de cuivre recouvert d'or. Les selfs d'accord sont réalisées directement sur circuit imprimé et dans le cas du présent exemple d'application, les pistes 4i sur les deux faces extérieures sont reliées entre elles par des orifices métallisés 5i, dénommés habituellement vias, l'ensemble réalisant des spires de section rectangulaire telles que représentées sur cette figure 1.In order to better understand the object of the present invention, the description which follows is given by way of illustration and not limitation for a choke made on a printed circuit and which can serve as tuning choke for a filter. FIG. 1 shows an overall view of a printed circuit 1 consisting of a high-frequency material and comprising a first face 2 or a lower face, a second face 3 or an upper face. The printed circuit has a thickness e substantially corresponding to the height H of a turn as detailed below. On each of the faces 2, 3 are deposited one or more metallized tracks 4i formed, for example copper covered with gold. The tuning chokes are made directly on a printed circuit and in the case of the present example of application, the tracks 4i on the two outer faces are interconnected by metallized orifices 5i, usually called vias, the assembly producing turns of rectangular section as shown in this figure 1.
Les spires sont en trois dimensions. Les critères suivants sont respectés :The turns are in three dimensions. The following criteria are met:
• la largeur des pistes est choisie afin de respecter la conduction par effet de peau,• the width of the tracks is chosen to respect the conduction by skin effect,
• les dimensions des vias sont déterminées afin de respecter la conduction par effet de peau,• the dimensions of the vias are determined in order to respect the conduction by skin effect,
• l'écartement des pistes est choisi afin de minimiser la capacité inter spires.• The spacing of the tracks is chosen in order to minimize the inter-turn capacitance.
La valeur de la self ainsi constituée dépend notamment des paramètres suivants ; de l'épaisseur du circuit imprimé, du nombre de piste (équivalent spire), de l'aspect physique des pistes (longueur, largeur, inclinaison, par exemple). Le coefficient de qualité Q de la self dépend notamment :The value of the self thus formed depends in particular on the following parameters; the thickness of the printed circuit, the number of tracks (equivalent turn), the physical appearance of the tracks (length, width, inclination, for example). The quality coefficient Q of the self depends in particular on:
• des dimensions physiques de l'ensemble (longueur, largeur, épaisseur ). C'est le facteur de forme physique. Une forme cubique donne le meilleur Q, « de l'écartement entre pistes (équivalent capacité parasite entre spires pour une self à l'air selon l'art antérieur),• physical dimensions of the whole (length, width, thickness). It's the fitness factor. A cubic form gives the best Q, "of the spacing between tracks (equivalent parasitic capacitance between turns for an air choke according to the prior art),
• du traitement de surface des pistes (dorure électro-chimique ou tout traitement équivalent),• the surface treatment of the tracks (electro-chemical gilding or any equivalent treatment),
• de la grandeur physique et électrique des vias traversantes (diamètre des trous et épaisseur de cuivre de métallisation),• the physical and electrical size of the through vias (hole diameter and metallization copper thickness),
• de la proximité des plans de masse et des blindages.• the proximity of the ground planes and shields.
La figure 2 représente un schéma d'une self imprimée selon l'invention. La self est caractérisée par une largeur I, une longueur Long et une hauteur H correspondant à l'épaisseur du circuit imprimé. L'ensemble Longueur, largeur I et hauteur H forme une section d'une spire dans laquelle circulent les lignes de champs = largeur*hauteur.Figure 2 shows a diagram of a printed self according to the invention. The self is characterized by a width I, a length Long and a height H corresponding to the thickness of the printed circuit. The set Length, width I and height H form a section of a turn in which the lines of fields = width * height circulate.
On suppose que la section rectangulaire dans laquelle circulent les lignes de champs est assimilable à une section circulaire. De la section rectangulaire, le diamètre de la section équivalente circulaire est déduit : Déqui = 2*V (I*H/ π)It is supposed that the rectangular section in which the field lines circulate is comparable to a circular section. From the rectangular section, the diameter of the circular equivalent section is deduced: D equ = 2 * V (I * H / π)
On détermine la valeur des selfs imprimées en utilisant Déqui dans la formule de PIAT connue de l'Homme du métier, ce qui conduit à : L(nH) = 100[ (D équi*N2)/(40+(110*Long/ D éqUi))] Soit : L(nH) = 100[ (2*V (I*H/ ττ)*N2)/(40+(110*l_ong/ 2*V (I*H/ π)))]The value of the printed inductances is determined using the equation in the PIAT formula known to those skilled in the art, resulting in: L (nH) = 100 [(D eq ui * N 2 ) / (40+ (110 * Long / D eqU i))] Let L (nH) = 100 [(2 * V (I * H / ττ) * N 2 ) / (40+ (110 * l_ong / 2 * V (I * H / π )))]
Avec N le nombre de spires, Long = la longueur de la self, I = largeur et H= l'épaisseur du circuit imprimée.With N the number of turns, Long = the length of the inductor, I = width and H = the thickness of the printed circuit.
Les paramètres longueur, largeur, épaisseur du matériau (ou hauteur de la spire) ainsi que le nombre N de spires sont dimensionnées en fonction de l'application visée. Les figures 3 et 4 représentent deux variantes de réalisation selon l'invention concernant deux filtres tractables couvrant des gammes de fréquences différentes avec chacun leurs deux selfs identiques mais à sens d'enroulement inverse intégrées dans le circuit imprimé. La valeur de la self est adaptée aux besoins.The parameters length, width, thickness of the material (or pitch of the turn) as well as the number N of turns are dimensioned according to the intended application. FIGS. 3 and 4 show two alternative embodiments according to the invention relating to two towable filters covering different frequency ranges with each of their two identical but reverse-winding reactors integrated in the printed circuit. The value of the self is adapted to the needs.
Sur la figure 3 les selfs L3 et L4 sont symétriques, à sens d'enroulement inverse. La distance d entre les lignes médianes des selfs est choisie de façon à respecter le couplage magnétique. De la même façon, la position des vias par rapport aux lignes de masse du circuit intégré sera respectée de façon à éviter ou minimiser les capacités parasites en respectant la maîtrise de l'éloignement des masses. De manière similaire à ce qui a été décrit précédemment,In FIG. 3, the inductors L3 and L4 are symmetrical, in the opposite direction of winding. The distance d between the median lines of the chokes is chosen so as to respect the magnetic coupling. In the same way, the position of the vias with respect to the integrated circuit ground lines will be respected so as to avoid or minimize parasitic capacitances while respecting the control of the distance of the masses. In a manner similar to that described above,
• la largeur des pistes est choisie afin de respecter la conduction par effet de peau, « les dimensions des vias sont déterminées pour respecter la conduction par effet de peau,• the width of the tracks is chosen to respect the conduction by skin effect, "the dimensions of the vias are determined to respect the conduction by skin effect,
• l'écartement des pistes est choisi pour minimiser la capacité inter spires.• Track spacing is chosen to minimize inter-turn capacitance.
La référence P1 correspond à une piste déposée sur la face supérieure du matériau, la référence P2 sur la face inférieure du matériau et Vi les vias ou trous métallisés.The reference P1 corresponds to a track deposited on the upper face of the material, the reference P2 on the underside of the material and vi vias or metallized holes.
La figure 4 représente une autre variante de réalisation pour laquelle les selfs L5 et L6 sont enroulées en sens inverse avec des valeurs adaptées aux besoins de l'application. FIG. 4 represents another variant embodiment for which the inductors L5 and L6 are wound in the opposite direction with values adapted to the needs of the application.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Self imprimée sur un matériau d'épaisseur H, la self comportant une ou plusieurs spires, caractérisée en ce qu'une spire est constituée d'une première piste métallisée (P1 ) déposée sur une première face du matériau, d'une deuxième piste métallisée (P2) déposée sur une deuxième face du matériau, une piste (P1 ) déposée sur la première face étant réunie à une piste (P2) déposée sur la deuxième face au moyen d'au moins un trou métallisé (5i) traversant l'épaisseur H du matériau.1 - Self printed on a material of thickness H, the self having one or more turns, characterized in that a turn consists of a first metallized track (P1) deposited on a first face of the material, a second metallised track (P2) deposited on a second face of the material, a track (P1) deposited on the first face being joined to a track (P2) deposited on the second face by means of at least one metallized hole (5i) passing through the thickness H of the material.
2 - Self imprimée selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'une spire a une section rectangulaire.2 - printed self according to claim 1, characterized in that a turn has a rectangular section.
3 - Self imprimée selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'une spire ayant une largeur I, une longueur Long, pour une valeur de self donnée, la valeur de la largeur I, de la Longueur Long, de l'épaisseur H du circuit imprimé et le Nombre de spires N est obtenue en utilisant la formule : L(nH) = 100[ (D équi *N2)/(40+(1 10*Long/ D équi))] où Déqui = 2*V (I*H/ π) 3 - printed self according to claim 1, characterized in that a turn having a width I, a length Long, for a given value of self, the value of the width I, the Long Length, the thickness H of printed circuit and the Number of turns N is obtained using the formula: L (nH) = 100 [(D equi * N 2 ) / (40+ (1 10 * Long / D equi ))] where D equ = 2 * V (I * H / π)
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