JP2013532375A - 平面インダクタデバイス - Google Patents

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Abstract

【解決手段】平面インダクタデバイス(1000)は、フェライト本体(1016)及び導電路(1002)を具備する。フェライト本体は、その開口(1014)の周囲に延びる。導電路は、互いに接続された入力部(1004)、電流分岐部(1016)、コイル部(1008)、電流結合部(1010)及び出力部(1012)を有する。入力部は、フェライト本体の開口に向かって延びる。電流分岐部は、導電路に結合されると共に互いに並列に配置された複数の導電コイル(1018)を有する。コイル部は、フェライト本体の周囲に螺旋状に巻回された導電コイルを有する。電流結合部は、互いに結合された導電コイルを有する。出力部は、フェライト本体から延びる結合された導電コイルを有する。

Description

本発明は、変成器、インダクタ、フィルタ、カプラ、バラン、ダイプレクサ、マルチプレクサ、モジュール又はチョーク等の電子デバイスに関する。
電子誘導デバイスには、フェライト部品の周囲に巻回された導電コイルが含まれる。例えば、誘導デバイスは、1個以上のインダクタ、変成器又はチョークを有する。一般に、1本のワイヤ又はワイヤの組は、鉄又は磁性体の本体の周囲を螺旋状に数回巻回される。ワイヤに電流が流れ、磁性体に磁束が発生する。磁束は、別の導電コイルに電流を誘導したり、部品の電流を濾波したりするのに使用される。
公知の誘導デバイスは欠点がない訳ではない。例えば、従来のインダクタ、変成器又はチョークは、特にイーサネット(登録商標)デバイス及び他の通信デバイスとの関連で比較的大きかったり、トポロジー及び性能が限定されたりする。フェライトは比較的大きく、フェライトの周囲に手巻き又は機械巻きされた導電コイルは、比較的大きな空間を占有する。このような誘導デバイスは、通信デバイスに含まれる回路基板の上面に実装される必要があり、この結果、通信デバイスの寸法が大きくなってしまう。
しかし、誘導デバイスの寸法が大きくなると、インダクタ、変成器又はチョークを通信デバイス内に組み込む際に、脆弱なフェライトが損傷したり破損したりするおそれがある。例えば、比較的小さなフェライトの周囲に導電ワイヤを手巻き又は機械巻きすることは、信頼性高く達成することができないのでなければ、困難である。
導電コイルがフェライトの周囲に延びるフェライトを有するより小さな誘導デバイスに対するニーズがある。
この問題は、請求項1に係る平面インダクタデバイスにより解決される。
本発明によれば、平面インダクタデバイスは、フェライト本体及び導電路を具備する。フェライト本体は、その開口の周囲に延びる。導電路は、互いに接続された入力部、電流分岐部、コイル部、電流結合部及び出力部を有する。入力部は、フェライト本体の開口に向かって延びる。電流分岐部は、導電路に結合されると共に互いに並列に配置された複数の導電コイルを有する。コイル部は、フェライト本体の周囲に螺旋状に巻回された導電コイルを有する。電流結合部は、互いに結合された導電コイルを有する。出力部は、フェライト本体から延びる結合された導電コイルを有する。
平面インダクタデバイスの一実施形態の側面図である。 図1に示された平面インダクタデバイスの上面の平面図である。 別の実施形態に係る平面インダクタデバイスの平面図である。 図3に示されたインダクタデバイスの一部の斜視図である。 別の実施形態に係る平面インダクタデバイスの平面図である。 図5に示された平面インダクタデバイスの側面図である。 別の実施形態に係る平面インダクタデバイスの概略図である。 別の実施形態に係る平面インダクタデバイスの斜視図である。 図8に示された平面インダクタデバイスの平面図である。 別の実施形態に係る平面インダクタデバイスの斜視図である。 一実施形態に係るフェライト本体の平面図である。 一実施形態に係る多層平面インダクタデバイスの平面図である。 図12に示されたデバイスの斜視図である。 図12に示されたデバイスの分解図である。 別の実施形態の平面インダクタデバイスの断面図である。 別の実施形態の平面インダクタデバイスの断面図である。 図16に示された別の実施形態の平面インダクタデバイスの断面図である。 図1及び図2に示された平面インダクタデバイスの別の実施形態の平面図である。 別の実施形態の平面インダクタデバイスの断面図である。 別の実施形態の平面インダクタデバイスの断面図である。 本明細書で説明される実施形態の導電体や導電層を導電結合するための異なる技法を示す図である。 本明細書で説明される実施形態の導電体や導電層を導電結合するための異なる技法を示す図である。 本明細書で説明される実施形態の導電体や導電層を導電結合するための異なる技法を示す図である。 別の実施形態に係る平面インダクタデバイスの側面図である。 図24に示された基板の層の部分集合の実施形態の分解図である。 図24に示された一実施形態に係るインダクタデバイスの概略図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を例示により説明する。
図1は、平面インダクタデバイス100の一実施形態の側面図である。デバイス100は平面基板102を具備する。平面基板102には、デバイス100の1個以上の電子部品が埋め込まれている。「平面」の語は、基板102が第3の垂直な方向より2つの互いに垂直な寸法に沿って大きいことを意味する。基板102は、硬化したエポキシ樹脂シート等の可撓性を有する非剛性シートか、FR−4で形成された印刷回路基板(PCB)等の剛性又は半剛性の基板である。
基板102は、下面106から反対側の上面108まで垂直方向に測定される厚さ寸法104を有する。厚さ寸法104は、2.5mm以下、2.0mm以下、1.0mm以下又は他の距離等、比較的小さい。或いは、厚さ寸法104はより大きな距離であってもよい。
一実施形態において、基板102は内部キャビティ120を有する。内部キャビティ120は、硬化したエポキシ樹脂等の可撓性材料、又は空気で少なくとも部分的に充填される。フェライト本体110は、一実施形態では基板102内に全体が配置される。例えば、フェライト本体110は、可撓性材料又は空気により囲まれる内部キャビティ120内に配置される。フェライト本体110は、基板102の厚さ寸法104内に全体が配置され、基板102の上面108により区画される平面や、下面106により区画される平面から突出してもしなくてもよい。フェライト本体110は、米国特許出願第12/699888号「磁性部品を有するパッケージ構造及びその方法」及び米国特許出願第12/592771号「一体のコネクタ内での個別部品としての平面埋め込み磁性体の製造及び使用」に記載された一以上実施形態に従った(エポキシ樹脂等の)可撓性材料又は空気で充填されたキャリアを有する基板のキャビティ内に配置されてもよい。
フェライト本体110は、ほぼ矩形形状を有するものとして図示されている。或いは、フェライト本体110は、筒状、環状、E形状等の他の形状を有してもよい。フェライト本体110は、鉄、鉄合金又は磁性材料を含むか、これらの材料から製造される。フェライト本体110は、基板102のキャビティ120内で可撓性弾性エポキシ樹脂又は空気のキャビティ内に包まれる。フェライト本体110がエポキシ樹脂に包まれると、エポキシ樹脂は、高透磁率の材料で予め混合されるか、フェライト本体110の単位長さ当たりのインダクタンスが増大する。このような高透磁率の材料の例には、コバルト、ニッケル、マンガン、クロム、鉄等が含まれる。或いは、基板102のキャビティ120は、基板102にフェライト本体110が配置されることなく、高透磁率の材料を有するエポキシ樹脂で充填又は実質的に充填されてもよい。例えば、フェライト本体110は、エポキシ樹脂内に高透磁率の材料を有するエポキシ樹脂から形成された本体と置換されてもよい。
デバイス100は、複数の相互接続された上側導体114、導電バイア116及び下側導体118を有する。上側導体114は、基板102の上面108上や、上面108の下に配置された導電トレースを有してもよい。例えば、基板102は、互いに積み重ねられた1層以上のFR−4層等の、互いに積み重ねられた複数の副層を有してもよい。上側導体114は、上面108の下に配置された一副層の表面又は内部に配置することができる。下側導体118は、基板102の下面106の表面や、下面106の上に配置される導電トレースを有してもよい。例えば、下側導体118は、下面106の上に配置された一副層の表面又は内部に配置されてもよい。
バイア116は、基板102の厚さ寸法104の全部又は一部を垂直方向に貫通する孔又は溝として形成される。一実施形態において、バイア116は、基板102をレーザを用いたり機械的に穿孔したりして形成される。例えば、バイア116は、炭酸ガスレーザ、紫外線レーザや、25μmから500μmの範囲のバイア直径を有する多ヘッド穿孔機を用いて基板102に形成される。或いは、バイア116を形成するのに異なる技法を用いたり、異なる寸法のバイア116を用いたりしてもよい。
図示の実施形態において、バイア116は、基板102のキャビティ120の外部に配置される。例えば、図2に示されるバイア116は、キャビティ120を貫通していない。或いは、バイア116はキャビティ120を少なくとも部分的に貫通してもよい。例えば、基板102の内側に配置されたバイア116の少なくとも一部は、キャビティ120や可撓性材料、又はキャビティ120内部の空気を貫通してもよい。
バイア116は、上面108から下面106まで中心軸122に沿って厚さ寸法全体を貫通する。バイア116は、導電半田等の導電材料で充填されたり、導電めっきされたりしてもよい。例えば、バイア116内部の基板102の露出面は、金属又は合金等の導電材料でめっきされてもよい。バイア116は、上側導体114を下側導体118に導電結合する。
一実施形態において、一以上の上側導体114や下側導体118は、導電トレース及びワイヤボンドの組合せから形成されてもよい。例えば、バイア116は、基板102を貫通し、上側導体114及び下側導体118の導電トレース及びワイヤボンドに導電結合されてもよい。
図2は、平面インダクタデバイス100の上面108の平面図である。上側導体114、下側導体118及びバイア116は、フェライト本体110の周囲に配置され、導電コイル200を形成する。例えば、バイア116は複数の対202で配列され、各対202はフェライト本体110の対向する両側204,206上にバイア116を有する。各対202内のバイア116は、図示の実施形態では上側導体114の一つにより基板102の上面108に沿って導電結合される。或いは、バイア116は、2以上の上側導体114により結合されてもよい。図2に示されるように、上側導体114は、各対202の第1バイア116から同じ対202の反対側の第2バイア116まで延びる細長の導電体である。
バイア116は、上側導体114から下側導体118までフェライト本体110の対向する両側で基板102を垂直方向に貫通する。図示の実施形態において、バイア116は円形形状を有するが、多角形形状等の別の形状を有してもよい。バイア116は、基板102を垂直方向に貫通する溝又は孔を区画する。図2に示されるように、バイア116は基板102に囲まれる。例えば、基板102は、その厚さ寸法104全体にわたってバイア116の外周全体に延びると共に外周全体を囲む。バイア116の溝又は孔は、バイア116の上面108及び下面106のみで開放するが、図示の実施形態では下面106から上面108まで基板102により囲まれる。
図示の実施形態は単一のコイルデバイスであるのに対し、複数の導電路は、フェライト本体の周囲に螺旋状に巻回され、2個以上の導電コイルを有するチョーク及び変成器を形成できる。パワーオーバーイーサネット(登録商標)(PoE)又は他の用途に対しては、2個以上の導電コイルを収容できる長い棒形状のインダクタデバイスを使用できる。各導電コイル対は、PoE用途に要求される電圧の逆極性を支持できる。2個以上の導電コイルがフェライト本体の周囲で同じ方向に巻回される場合、フェライト本体はPoE用途に対して飽和しない。
図2に示されるように、各下側導体118は、バイア116の異なる対202内のバイア116を導電結合する。例えば、各下側導体118は、フェライト本体110の第1側204のバイア116の第1対202の第1バイア116を、フェライト本体110の反対側の第2側206のバイア116の第2の異なる対202の第2バイア116に導電結合する。下側導体118は、図示の実施形態では細長の導電本体である。下側導体118及び上側導体114は、互いに対して斜めを向く。例えば、図2に示されるように、下側導体118は、上側導体114が延びる方向に対して鋭角の方向に沿って長い。
導電結合された上側導体114、バイア116及び下側導体118は、フェライト本体110を螺旋状に巻回又は囲む導電コイル200を形成する。「囲む」ことにより、導電コイル200は、フェライト本体110の外周の周りを移動する螺旋経路を追う。導電コイル200の囲む経路は、上側導体114、バイア116及び下側導体118が完全な円である経路を追わない場合であっても、フェライト本体110の360°全体で周囲に延びることができる。
コイル200は、フェライト本体110の第1側204に沿って配置された第1バイア116からフェライト本体110の反対側の第2側206のバイア116の同じ対202の第2バイア116まで延びる。第2バイア116は、基板102の厚さ寸法104を通ってフェライト本体110の第2側206に沿って第1下側導体118まで延びる。第1下側導体118は、第2バイア116を、フェライト本体110の第1側204のバイア116の第2の異なる対202の第3バイア116に導電結合する。第3バイア116は、フェライト本体110の第1側204に沿って第1上側導体114まで延びる。第1上側導体114は、第3バイア116をバイア116の同じ組202の第4バイア116に導電結合する。残余のバイア116、上側導体114及び下側導体118は、フェライト本体110の周りを巻回する導電コイル200を形成するよう連続する。
図示の実施形態において、フェライト本体110は、互いに対向する第1端208及び第2端210間を延びる。コイル200は、第1端208又はその付近から反対側の端210に向かってフェライト本体110の周囲を螺旋状に巻回する。コイル200は、その長さに沿って厚さ寸法104に直交する方向に測定した横方向の長さ寸法220を有する。長さ寸法220は、コイル200の互いに対向する端のバイア116の中心線から測定できる。
デバイス100は、電気回路212に含まれるか接続され、回路に誘導素子すなわちインダクタを与えてもよい。例えば、2個以上のバイア116、上側導体114や下側導体118は、回路の導体214,216(例えば、ワイヤ、バス、端子、コンタクト又は他の導電体)に導電結合される。回路212の一導体214は第1バイア116、上側導体114又は下側導体118に結合されるのに対し、回路212の他の導体216は第2の異なるバイア116、上側導体114又は下側導体118に結合される。一実施形態において、回路212は、バイア116の異なる対202の2個の異なるバイア116に接続される。
デバイス100は、回路212に作業者がカスタマイズ可能なインダクタンス特性を有する誘導素子を提供する。作業時において、回路212からの電流は、デバイス100のコイル200を通って流れる。電流エネルギーの少なくともある程度は、フェライト本体110に磁性エネルギーとして貯蔵される。コイル200は、電流から比較的高周波を濾波する等により、回路212を通って流れる電流を遅延させたり、形を整えたりするために使用される。フェライト本体110に貯蔵された磁性エネルギー量は、デバイス100のインダクタンス特性を表わす。デバイス100により与えられるインダクタンス特性は、導体214,216間のコンピュータと、コイル200との間の横方向の距離信奉218を変更することにより変わる。例えば、デバイス100のインダクタンスは、回路212が互いにさらに離間するバイア116(又は、上側導体114や下側導体118)に接続されると増加する。反対に、デバイス100のインダクタンスは、回路212が互いに接近して配置されたバイア116、上側導体114や下側導体118に接続されると減少する。
図18は、2個のコイルがフェライト本体の周囲に巻回された図1及び図2に示された平面インダクタデバイス100の別の実施形態の平面図である。デバイス100は、上側導体114、下側導体118及びバイア116をより明瞭に示すために基板102がない状態で示されている。フェライト本体110は、下側導体118が見えるように破線で示される。図示の実施形態において、バイア116は、上側導体114が互いにより近接し、下側導体118がたがいにより近接するように千鳥配列される。例えば、図2に示される実施形態において、バイア116は、基板102の上面108及び下面106で互いに直線的に整列する。
対照的に、図18に示される実施形態のバイア116は、その異なるグループ2100,2102が異なる線2104,2106に沿って直線的に整列するように、フェライト本体110の各側で千鳥配列される。バイア116の千鳥配列により、図18に示されるように、上側導体118が互いにより近接したり、下側導体114が互いにより近接したりする。デバイス100の単位長さ当たりのインダクタンス又はインピーダンスは、上側導体118を互いにより近接配置したり下側導体114を互いにより近接配置したりすることにより、増大する。
図3は、別の実施形態に係る平面インダクタデバイス300の平面図である。デバイス300は、図1に示されたデバイス100と同様である。例えば、デバイス300は基板302を具備し、基板302は、下面402(図4参照)から反対側の上面404(図4参照)まで垂直方向に延びる厚さ寸法400(図4参照)を有する。厚さ寸法400は、2.5mm以下、2.0mm以下、1.0mm以下又は他の距離等、比較的小さい。或いは、厚さ寸法400はより大きな距離であってもよい。また、デバイス300はフェライト本体310を具備する。フェライト本体310は、基板302の厚さ寸法400内に全体が配置される。一実施形態において、基板302は、基板102(図1参照)のキャビティ120(図1参照)等の内部キャビティを具備する。フェライト本体310は内部キャビティ内に配置される。上側導体314及び下側導体318は、基板302の上面404及び下面402に、又は上面404及び下面402の表面にそれぞれ配置される。導電バイア316は、基板302の厚さ寸法400を貫通し、上側導体314を下側導体318に導電結合する。デバイス100と同様に、上側導体314、下側導体318及びバイア316は、フェライト本体310の周囲を螺旋状に巻回する導電コイル320を形成する。
図1に示されるデバイス100及び図3に示されるデバイス300間の相違点は、バイア316が基板302の厚さ寸法400(図4参照)にわたって基板302に囲まれていないことである。例えば、基板302は、横方向326に沿って互いに反対側の縁32,324間に横方向に延びる。横方向326は、厚さ寸法400がコイル320の中心軸328に垂直に測定され、コイル320が螺旋状に巻回される垂直方向に直交する。図3に示されるように、縁322,324は、バイア316が縁322,324に沿って少なくとも部分的に露出するようにバイア316を貫通する。
図3を続けて参照すると、図4は、インダクタデバイス300の一部の斜視図である。上述したように、デバイス300の基板302は、下面402から上面404に垂直方向に延びる厚さ寸法400を有する。図3及び図4に示されるバイア316はめっきされたバイアである。例えば、バイア316は、厚さ寸法400で貫通する孔又は溝として形成され、金属又は合金等の導電材料でコーティング又はめっきされた内部表面を有する。或いは、バイア316は、金属、合金又は半田等の導電材料で充填されてもよい。
基板302の縁322,324は、バイア316の導電内部表面330が露出するようにバイア316を「切断」又は貫通する。基板102(図1参照)の厚さ寸法104(図1参照)にわたって基板102に囲まれる、デバイス100(図1参照)のバイア116(図1参照)とは対照的に、バイア316は、露出し、基板302の厚さ寸法400にわたって基板302により全体が囲まれていない。バイア316の露出した内部表面330は、デバイス300の導電性の胸壁状部(castellation)406を与える。胸壁状部406は、基板302の1個以上の縁322,324に沿って基板302に形成されたコイル320に導電結合された、デバイス300の導電表面を表わす。一実施形態において、胸壁状部406は、縁322,324に沿ってバイア316の一部及び基板302を機械的に切断し除去することにより設けられ、縁322,324及びバイア316を露出する。或いは、バイア316は、基板302の機械的切断部なしで基板302の外縁322,324に沿って形成されてもよい。例えば、半円形溝が、基板302の縁322,324内に形成され、次に導電材料でめっきされ、図3及び図4に示されたバイア316を形成してもよい。
図1及び図2に示されたバイア116と同様に、胸壁状部406は、下側導体318(図3参照)を上側導体314に導電結合し、フェライト本体310(図3参照)の周りに螺旋状に巻回するコイル320(図3参照)を形成する。デバイス300は、電気回路212(図2参照)と同様の電気回路に含まれ又は電気回路に接続され、回路に誘導素子すなわちインダクタを提供する。このような電気回路は、デバイス300の2個以上の胸壁状部406に導電結合される。胸壁状部406は、電気回路により容易に結合される場所を提供する。例えば、上面404や下面402は、容易にはアクセス可能でないか、比較的アクセスすることが困難である。縁323や縁324は、露出したり、電気回路の導体(例えば、ワイヤ、バス等)が胸壁状部406と導電結合するのにより容易にアクセス可能であったりしてもよい。また、胸壁状部406は、電気回路が結合する増大した導電領域を提供する。例えば、基盤102の上面108や下面106又はその付近に位置するバイア116の一部に電気回路212を結合する代わりに、電気回路212は、デバイス300の縁322,324に沿って胸壁状部406のより大きな導電領域に結合してもよい。胸壁状部406のより大きな導電領域は、コイル320及び電気回路間に小さな電気抵抗を与える。
デバイス100(図1参照)と同様に、デバイス300は、回路212(図2参照)に作業者がカスタマイズできるインダクタンス特性を有する誘導素子を提供する。デバイス100により提供されるインダクタンス特性と同様に、デバイス300のインダクタンス特性は、胸壁状部406を用いてコイル320を回路212に結合することに基いてカスタマイズされる。デバイス300のインダクタンスは、互いに離れて配置された胸壁状部406に回路212が接続されると増大し、互いに近接して配置された胸壁状部406に回路212が接続されると減少する。異なる胸壁状部406を使用する能力は、フィルタ、ダイプレクサ、マルチプレクサ又はバランに使用され又は要求される高精度インダクタの増大した維持可能性を与える。最終段階試験の間、フェライトの透磁率が+/-20%変動すると、胸壁状部406は、デバイス300の通常のインダクタンス値に依存してビニング(binning)することを可能にする。例えば、デバイス300がフェライト本体310の周りにコイル320の所定数の巻線を有するがデバイス300のインダクタンスはフェライト本体310の透磁率の変動のため期待値より低い(例えば、予測された透磁率より低い)場合、デバイス300のユーザは、異なる胸壁状部406を用いてデバイス300に回路を電気結合することができる。ユーザは、デバイス300の増大したインダクタンスを提供できる他の胸壁状部406を選択してもよい。例えば、ユーザは、より離間して配置された胸壁状部406を用いてもよい。一実施形態において、ユーザは、胸壁状部406に、又は選択された胸壁状部406間に配置されたコイル320の追加巻線の数に依存してデバイス300のインダクタンスを増大する胸壁状部406に接続することができる。一例として、デバイス300のインダクタンスはn2に比例する。ここで、「n」は、巻線数、すなわちコイル320がフェライト本体300の周りを螺旋状に巻回する回数を表わす。胸壁状部406の間に10回巻回されたコイル320が位置するように配置された胸壁状部406をユーザが選択し、選択された胸壁状部406の間に9回巻回されたコイル320が位置するように1個の胸壁状部406を変更する場合、デバイス300のインダクタンスは20%減少する。
図5は、別の実施形態に係る平面インダクタデバイス500の平面図である。図6は、平面インダクタデバイス500の側面図である。デバイス500は、図1に示されたデバイス100と同様である。例えば、デバイス500は基板502を具備し、基板502は、下面506から反対側の上面508まで垂直方向に延びる厚さ寸法504を有する。厚さ寸法504は、2.5mm以下、2.0mm以下、1.0mm以下又は他の距離等、比較的小さい。或いは、厚さ寸法504はより大きな距離であってもよい。また、デバイス500はフェライト本体510を具備する。フェライト本体510は、基板502の厚さ寸法504内に全体が配置される。一実施形態において、基板502は、基板102(図1参照)のキャビティ120(図1参照)等の内部キャビティを具備する。フェライト本体510は内部キャビティ内に配置される。導電バイア516は、基板502の厚さ寸法504を貫通する。
デバイス500は、基板502の上面508に沿って又は上面508を横断してバイア516を導電結合する上側導体514と、基板502の下面506に沿って又は下面506を横断してバイア516を導電結合する下側導体518とを具備する。デバイス100と同様に、上側導体514、下側導体518及びバイア516は、フェライト本体510の周囲を螺旋状に巻回する導電コイル520を形成する。
図1に示されるデバイス100並びに図5及び図6に示されるデバイス500間の相違点は、上側導体514及び下側導体518が、基板502上に配置された導電層又はトレースの代わりにワイヤボンド等のワイヤであることである。例えば、上側導体514や下側導体518は、バイア516に結合された細長の撚り線、ワイヤ、フィラー等であってもよい。一実施形態において、上側導体514や下側導体518は、フェライト本体510を横断した半田付けされたワイヤである。上側導体514及び下側導体518は、バイア516に結合され、フェライト本体510の周囲を螺旋状に巻回するコイル520を提供する。上側導体514及び下側導体518は、それらが基板502に接触しないように、基板502の上面508及び下面506から分離されている。上側導体514及び下側導体518は、上側導体114及び下側導体118(図1参照)の代わりに又は加えて用いられ、コイル520の電気抵抗特性を下げたり、上側導体514や下側導体518を提供するのに用いられるワイヤボンディング方法を可能にする。一実施形態において、基板502の上面508や下面506は、誘電オーバーモールド層や、ワイヤボンド及び導体を覆うと共にデバイス500を保護する同様のタイプの材料で保護される。
図7は、別の実施形態に係る平面インダクタデバイス1000の概略図である。デバイス1000は、導電路1002及びフェライト本体1016を具備する。図示の実施形態において、フェライト本体1016は、開口1014の周りをフェライト本体1016が延び且つ開口1014を囲むように、環状の形状を有する。或いは、フェライト本体1016は、開口を有する多角形等の別の形状を有してもよい。
導電路1002は、複数の相互接続部、入力部1004、電流分岐部1006、コイル部1008、電流結合部1010及び出力部1012を具備するものとして示される。部分1004,1006,1008,1010,1012は、互いに導電結合して導電路1002を形成する。この導電路1002を通って、入力部1004から出力部1012まで電流が流れる。図示の実施形態において、入力部1004は電流分岐部1006まで延びる。電流分岐部1006は、入力部1004からコイル部1008まで延びる。コイル部1008は、電流分岐部1006から電流結合部1010まで延びる。電流結合部1010は、コイル部1008から出力部1012まで延びる。入力部1004及び出力部1012は、電気回路(例えば、図2に示された回路212)にインダクタ等の誘導素子を提供するために、電気回路に導電結合される。入力部1004は回路から電流を受け、出力部1012は電流を回路(又は別の回路若しくは部品)に伝送する。
導電路1002の入力部1004は、フェライト本体1016の開口1014を向く。図示の実施形態において、入力部1004は、フェライト本体1016上に配置されるか、フェライト本体1016よりも図7の看者に近接して配置される。導電路1002は、図7に示されるように、電流分岐部1006内で複数の導電コイル1018に分岐される。図示の実施形態では導電路1002は2個のコイル1018に分岐するのに対し、導電路1002は3個以上のコイル1018に分岐してもよい。電流分岐部1006におけるコイル1018は、フェライト本体1016の下に延び、コイル部1008内でフェライト本体1016を囲むかフェライト本体1016の周りを螺旋状に巻回する。
各コイル1018は、同様の又は同じ寸法を有したり、入力部1004で導電路1002と同じ材料で形成されたりする。例えば、各コイル1018は、同じ材料で形成されたり、入力部1004で導電路1002と同じ断面径を有したりする。各コイル1018は、図示の実施形態ではフェライト本体1016の周囲に単一巻線1020を有する。或いは、1個以上のコイル1018は、フェライト本体1016の周りに複数巻かれ、フェライト本体1016の周りに複数の巻線1020を形成する。コイル1018は、デバイス100の並列誘導素子を形成する。例えば、各コイル1018は、フェライト本体1016の周りに巻回する導電路1002を具備するインダクタを与える。
コイル部1008における導電路1002は、電流結合部1010で互いに結合する。導電路1002は、フェライト本体1016の下で出力部1012に延びる結合された導電路1002と、電流結合部1010内の結合された導電路1002へ結合する。或いは、コイル部1008における導電路1002は、フェライト本体1016上に延びる結合された導電路1002に結合してもよい。出力部1012における導電路1002は、フェライト本体1016から離れる方向を向く。
作動の際、デバイス1000は、電気回路に対して誘導素子を提供するために用いられる。デバイス1000は、低い電気抵抗特性や、フェライト本体の周りに巻回する単一の導電路を有する誘導素子と比較して大きなインダクタンス特性を有する。例えば、入力部1004における導電路1002は、デバイス1000に電流(I)を伝送する。電流(I)は、電流分割部1006に形成された複数の導電路1002の間で分割されると共に複数の導電路1002に沿って伝送される。電流(I)は、電流分割部1006の複数の導電路1002を部分電流に分割される。図示の実施形態において、電流(I)は、第1電流部分(I1)及び第2電流部分(I2)に分割される。第1電流部分(I1)及び第2電流部分(I2)は等しいかほぼ等しい。或いは、第1電流部分(I1)及び第2電流部分(I2)は互いに異なってもよい。導電路1002は、電流(I)をより多くの電流部分にさらに分割するために電流分岐部1006内でより多くの導電路1002に分割することができる。
電流部分(I1,I2)は、導電路1002のコイル1018によりフェライト本体1016の周りに分離して伝送される。各電流部分(I1,I2)は全電流(I)より小さい。例えば、電流部分(I1,I2)は、全電流(I)に以下のように関連する。
ここで、Iはデバイス1000を流れる全電流を表わし、I1は第1電流部分を表わし、I2は第2電流部分を表わす。導電路1002や1個以上のコイル1018の抵抗特性(Ω)は、以下の関係式に従って導電路1002又はコイル1018を流れる電流に基づく。
ここで、Rは抵抗又はインピーダンス等の導電路1002又はコイル1018の電気抵抗特性を表わし、Vは導電路1002又はコイル1018を流れる電流の電圧又はエネルギー特性を表わし、INは電流(例えば、対応する導電路1002又はコイル1018を流れる全電流(I)、第1電流部分(I1)又は第2電流部分(I2))を表わす。
導電路1002を流れる全電流(I)が並列コイル1018を別々に流れる電流部分(I1,I2)に分割されると、各コイル1018の抵抗特性(R)は導電路1002に対して減少する。例えば、導電路1002を流れる電流(I)の抵抗は、並列の第1コイル及び第2コイル1018を流れる第1電流や第2電流(I1,I2)に対して半分になる、すなわち50%まで低下する。コイル1018の抵抗特性(R)が減少することは、電流(I)がデバイス1000を流れると電流(I)の電力損失を減少させる。以下に説明するように、抵抗特性(R)は、デバイス1000のインダクタンス特性(L)の損失を伴うことなく、デバイス1000で減少する。
矢印1022は、電流(I)及び電流部分(I1,I2)がデバイス1000を流れる方向を示す。電流部分(I1,I2)は、フェライト本体1016の周りに流れると、フェライト本体1016に第1及び第2の磁束(ΦB1,ΦB2)を発生させる。これらの磁束(ΦB1,ΦB2)は、フェライト本体1016の周りのコイル1018の巻線数1020(N)、フェライト本体1016の透磁率(μ0)、コイル1018内の導電路1002の断面積(A),コイル1018により形成される巻線1020の半径(R)、及びコイル1018を流れる電流部分(I1,I2)等の数多くのファクタに基づく。一実施形態において、磁束(ΦB1,ΦB2)は以下の関係式に基づく。
ここで、Φ1 Bは第1磁束を表わし、Φ2 Bは第2磁束を表わし、Nはフェライト本体1016の周りの巻線1020の数を表わし、Aはコイル1018内の導電路1002の断面積を表わし、Rはコイル1018の曲線の半径を表わし、μ0はフェライト本体1016の透磁率を表わし、I1は第1電流部分を表わし、I2は第2電流部分を表わす。上掲の数式は磁束(ΦB1,ΦB2)の近似値を表わし、磁束(ΦB1,ΦB2)の精確な値を決定するのに用いられる実際の関係を表わすものではない。例えば、数1及び数2は、磁束(ΦB1,ΦB2)で数式においてどの項が比例関係にあるか、どの項が反比例関係にあるか等を示す。
フェライト本体1016内で磁束(ΦB1,ΦB2)が流れる方向は、導電路1002のコイル1018を通る電流部分(I1,I2)の方向に基づく。例えば、図7に示されるように、第1電流部分(I1)が発生する第1磁束(ΦB1)は矢印1024の向きを向くのに対し、第2電流部分(I2)が発生する第2磁束(ΦB2)は矢印1026の向きを向く。電流が流れる向き及びコイル1018がフェライト本体1016の周りを巻回する方向のため、磁束(ΦB1,ΦB2)は追加的である。例えば、磁束(ΦB1,ΦB2)は、デバイス1000の全磁束(ΦB)を減少させるのではなく、共に追加されてデバイス1000の全磁束(ΦB)を増加させる。デバイス1000の全磁束(ΦB)は、以下の関係式で表わされる。
ここで、ΦBは全磁束を表わし、Φ1 Bは第1磁束を表わし、Φ2 Bは第2磁束を表わす。
デバイス1000は、インダクタンス特性(L)を有するインダクタを与える。インダクタンス特性(L)は、電流(I)がデバイス1000を流れる際にデバイス1000が発生する磁気エネルギーを表わす。一実施形態において、デバイス1000のインダクタンス特性(L)は、以下の関係式で表わされる。
ここで、Lはデバイス1000のインダクタンス特性を表わし、Iはデバイス1000の導電路1002を流れる電流を表わし、ΦBは、デバイス1000を電流(I)が流れることにより生ずるデバイス1000のフェライト本体1016が発生する全磁束を表わす。
上述したように、デバイス1000の抵抗特性(R)は、複数の並列コイル1018を設けて並列コイル1018を別々に流れる分割電流(I1,I2)に電流(I)を分割することにより、減少させることができる。抵抗特性(R)は、デバイス1000内の導電路1002及びコイル1018の全電気インピーダンス又は全電気抵抗を表わす。抵抗特性(R)は、デバイス1000と同一又はほぼ同一のインダクタンス特性(L)を有する他のインダクタ又は誘導素子に対して低い。例えば、デバイス1000は、並列コイル1018を有していないが単一巻線1020でフェライト本体1016の周りに螺旋状に巻回する単一導電路1002を有する別のデバイスとほぼ同じインダクタンスを有するが、抵抗は低い。並列コイル1018は、デバイス1000の抵抗特性(R)を増大又は著しく増大させることなく、デバイス1000に同じ又はほぼ同じインダクタンス特性(L)を与えることができる。
図8は、別の実施形態に係る平面インダクタデバイス1100の斜視図である。図9は、デバイス1100の平面図である。デバイス1100は、図7に概略的に示されたデバイス1000と同様である。例えば、デバイス1100は、フェライト本体に向かって延びる導電路を有し、フェライト本体の周りを螺旋状に巻回する並列コイルを有するか並列コイルに分割され、並列コイルをフェライト本体から延びる導電路に再結合する。
図示の実施形態において、デバイス1100は平面基板1102(図8参照)内に埋め込まれる。基板1102は、硬化したエポキシ樹脂シート等の可撓性を有する非剛性シートか、FR−4で形成された印刷回路基板(PCB)等の剛性又は半剛性の基板である。基板1102は、図8には破線で示され、図9には図示されていない。基板1102は、下面1104(図8参照)から反対側の上面1106(図8参照)まで垂直方向に延びる。基板1102は、上面1106に直交する方向を向く垂直方向1120(図8参照)に沿って、下面1104から上面1106まで測定される厚さ寸法1108(図8参照)を有する。厚さ寸法1108は、2.5mm以下、2.0mm以下、1.0mm以下又は他の距離等、比較的小さい。或いは、厚さ寸法1108はより大きな距離であってもよい。
デバイス1100は、デバイス1100への電流を受ける入力導体1110を有する。図示の実施形態において、入力導体1110は平面導電本体として形成される。入力導体1110は、上面1106(図8参照)及び下面1104(図8参照)間に配置された1層以上の副層基板1102(図8参照)上の平面導電トレースとして付着される。導電バス1112や導電バス1114(図8参照)は、入力導体1110に結合されると共に、基板1102のそれぞれ上面1106及び下面1104で、又は上面1106及び下面1104に沿って露出する。導電バイア1122は、バス1112を互いに結合させることができる。複数のバイア1122は、デバイス1100用の電気抵抗を減少するために追加してもよい。いくつかの例において、バイア1122は、デバイス1100の電気抵抗を増大させたり熱伝導率を増加させたりするために、熱伝導性ペースト又は導電性ペーストで充填されてもよい。或いは、入力導体1110は、基板1102の上面1106又は下面1104上に配置してもよい。導電バス1112,1114は、電気回路に結合されたワイヤ又は他の導電体等から、電気回路からの電流を受け、入力導体1110に電流を伝送する。
フェライト本体1116は、図示の実施形態では基板1102内に配置される。フェライト本体1116は、図8には破線で示される。フェライト本体1116は、その部品が基板1102の上面1106(図8参照)で区画される平面や基板1102(図8参照)の下面1104で区画される平面から上方へ延びたり平面を貫通して突出したりしないように、基板1102内に全体が配置される。フェライト本体1116は、図7に示されるフェライト本体1016の形状と同様の環状の形状を有する。或いは、フェライト本体1116は異なる形状を有してもよい。フェライト本体1116は、図7に示されるフェライト本体1016の開口1014と同様の開口1118を有する。
図9に示されるように、入力導体1110は、フェライト本体1116の上、及びフェライト本体1116の開口1118の少なくとも一部の上に延びる。例えば、入力導体1110の少なくとも一部は、垂直方向1120(図8参照)に沿ってすなわち垂直方向1120と平行に基板1102(図8参照)の上面1106(図8参照)及びフェライト本体1116の間に配置される。そして、入力導体1110の少なくとも一部は、垂直方向1120に沿って基板1102の上面1106及び開口1118の間に配置される。或いは、入力導体1110の少なくとも一部は、垂直方向1120に沿ってすなわち垂直方向1120と平行に基板1102の下面1104(図8参照)及びフェライト本体1116の間に配置されてもよい。そして、入力導体1110の少なくとも一部は、垂直方向1120に沿って基板1102の下面1104及び開口1118の間に配置されてもよい。
1個以上の導電入力バイア1124は入力導体1110に結合される。入力バイア1124は、導電材料(例えば、金属、合金又は半田)でめっきされ又は導電材料でほぼ充填された、基板1102(図8参照)を貫通する孔又は溝を有する。図9に示されるように、入力バイア1124は、フェライト本体1116の開口1118内に配置される。図示の実施形態において、デバイス1100は7個の入力バイア1124を有する。或いは、より少ない又はより多い数の入力バイア1124が設けられてもよい。入力バイア1124は、入力導体1110から基板1102の下面1104(図8参照)に向かって基板1102を垂直方向に貫通する。図示の実施形態において、入力導体1110及び入力バイア1124は、図7に入力部1004で表わされた導電路1002の一部を提供する。例えば、入力導体1110及び入力バイア1124は、フェライト本体1116の開口1118へ延びる導電路を提供する。入力導体1110及び入力バイア1124は、図7に関連して上述した電流(I)をデバイス1100に伝送する。
デバイス1100は、入力バイア1124に導電結合された電流分岐導体1126を有する。入力バイア1124は、入力導体1110を電流分岐導体1126に導電結合する。図示の実施形態において、電流分岐導体1126は平面導電体として形成される。電流分岐導体1126は、上面1106(図8参照)及び下面1104(図8参照)間に配置された、基板1102の1層以上の副層上の平面導電トレースとして付着される。或いは、電流分離導体1126は、基板1102の上面1106又は下面1104上に配置されてもよい。
図示の実施形態において、電流分岐導体1126は、フェライト本体1116の下且つフェライト本体1116の開口1118の少なくとも一部の下に延びる。例えば、電流分岐導体1126の少なくとも一部は、垂直方向1120(図8参照)に沿ってすなわち垂直方向1120と平行に基板1102(図8参照)の下面1104(図8参照)及びフェライト本体1116の間に配置される。そして、電流分岐導体1126の少なくとも一部は、垂直方向1120に沿って基板1102の下面1104及び開口1118の間に配置される。図8に示されるように、入力導体1110及び電流分岐導体1126は、フェライト本体1116の対向する両側に配置される。
1個以上の導電電流分岐バイア1128,1130は電流分岐導体1126に結合される。電流分岐バイア1128,1130は、基板1102(図8参照)を貫通すると共に導電材料(例えば、金属、合金又は半田)でめっきされ又は導電材料でほぼ充填された孔又は溝を有する。図9に示されるように、電流分岐バイア1128,1130はフェライト本体1116の外側に配置される。例えば、電流分岐バイア1128,1130は、図示の実施形態ではフェライト本体1116の開口1118の内部に配置されていない。電流分岐バイア1128はフェライト本体1116の一側上の第1組1200(図9参照)でグループ化されるのに対し、電流分岐バイア1130はフェライト本体1116の反対側上の、第1組1200とは離間した異なる第2組1202(図9参照)でグループ化される。図9に示されるように、第1組1200及び第2組1202は、電流分岐バイア1128,1130の重ならないグループを有する。例えば、第1組1200及び第2組1202は、1個以上の同一の電流分岐バイア1128,1130を共有していない。或いは、電流分岐バイア1128,1130は、異なる数の組1200,1202にグループ化されてもよい。
図示の実施形態において、デバイス1100は、フェライト本体1116の対向する両側に配置された各組1200,1202(図9参照)内に5個の電流分岐バイア1128,1130を有する10個の電流分岐バイア1128,1130を有する。或いは、異なる数の電流分岐バイア1128,1130を設けてもよい。電流分岐バイア1128,1130は、電流分岐導体1126から基板1102(図8参照)の上面1106(図8参照)に向かって基板1102を垂直方向に貫通する。図示の実施形態において、電流分岐導体1126及び電流分岐バイア1128,1130は、図7では電流分岐部1006で表わされる導電路1002(図7参照)の一部を提供する。例えば、電流分岐導体1126及び電流分岐バイア1128,1130は、図7の入力部1004内で導電路1002に結合されると共に分岐された複数の導電路1002を提供する。電流分岐導体1126及び電流分岐バイア1128,1130は、入力導体1110及び入力バイア1124から受けた電流(I)を第1電流部分及び第2電流部分(I1,I2)に分割する。
デバイス1100は、電流分岐バイア1128,1130の別々の組1200,1202(図9参照)に導電結合される電流結合導体1134を有する。電流分岐バイア1128,1130は、電流分岐導体1126を電流結合導体1134に導電結合する。図示の実施形態において、電流結合導体1134は平面導電体として形成される。電流結合導体1134は、上面1106(図8参照)及び下面1104(図8参照)の間に配置された、基板1102(図8参照)の1層以上の副層上の平面導電トレースとして付着される。或いは、電流結合導体1134は、基板1102の上面1106又は下面1104上に配置されてもよい。
図示の実施形態において、電流結合導体1134は、フェライト本体1116の上及びフェライト本体1116の開口1118の少なくとも一部の上に延びる。例えば、電流結合導体1134の少なくとも一部は、垂直方向1120(図8参照)に沿ってすなわち垂直方向1120と平行に基板1102(図8参照)の上面1106(図8参照)及びフェライト本体1116の間に配置される。そして、電流結合導体1134の少なくとも一部は、垂直方向1120に沿って基板1102の上面1106及び開口1118の間に配置される。図8に示されるように、電流分岐導体1126及び電流結合導体1134は、フェライト本体1116の対向する両側に配置される。
1個以上の導電電流結合バイア1132は、電流結合導体1134及び電流分岐導体1126に結合される。電流結合バイア1132は、導電材料(例えば、金属、合金又は半田)でめっきされ又は導電材料でほぼ充填された、基板1102(図8参照)を貫通する孔又は溝を有する。図9に示されるように、電流結合バイア1132はフェライト本体1116の内部に配置される。例えば、電流結合バイア1132は、フェライト本体1116の開口1118の内部に配置される。図示の実施形態において、デバイス1100は7個の電流結合バイア1132を有する。或いは、異なる数の電流結合バイア1132を設けてもよい。
一実施形態において、基板1102(図8参照)の穴すなわち内部キャビティは予め形成されている。例えば、穴すなわちキャビティは、基板1102が作られる際に形成される。穴すなわちキャビティは、フェライト本体1116が存在できるように穴すなわちキャビティ内に配置及び形成されたポストを有してもよい。フェライト本体1116は、基板1102内の所定位置に、そしてフェライト本体1116を穴に案内するテーパ付きインサートを用いることにより穴すなわちキャビティ内のポストの頂上に機械的に振り込まれる。或いは、フェライト本体1116は、吸着機械で穴内且つポスト上に配置されてもよい。ポストは、構造体用の支持枠を提供する。一実施形態において、シリコーン等の低ストレス材料又は超低ストレス材料を穴すなわちキャビティ内に挿入し、フェライト本体1116を取り囲む。一実施形態において、デバイス1110が比較的高電圧や高電流の用途に用いられる場合、基板やポストには特殊等級の材料が使用される。材料は、フェライト本体1116の周囲に密封又はほぼ密封の封止を提供すると共に、高信頼性にするために比較的ハロゲン量が小さく比較的ガラス束がない。このような材料の例には、液晶ポリマ(LCP)やテフロンが含まれる。バイア1132は、基板1102や、フェライト本体1116の周囲の低ストレス材料を貫通し、比較的大きな電力量を伝送する。基板1102は、高湿及び高温であっても、バイア1132の間に比較的大きな電気絶縁を提供することができる。
電流結合導体1134及び電流結合バイア1132は、図7の電流結合部1010で表わされる導電路1002(図7参照)の一部を提供する。例えば、電流結合導体1134及び電流結合バイア1132は、フェライト本体1116の周りの電流分岐バイア1128,1130を通って電流結合導体1134に別々に伝送される第1及び第2の電流部分(I1,I2)を結合する。
デバイス1100は、電流結合導体1134により第1及び第2の電流部分(I1,I2)から結合される電流(I)を受ける出力導体1136を有する。図示の実施形態において、出力導体1136は平面導電体として形成される。出力導体1136は、上面1106(図8参照)及び下面1104(図8参照)の間に配置された基板1102(図8参照)の1層以上の副層上の平面導電トレースとして付着される。
図9に示されるように、出力導体1136は、フェライト本体1116の開口1118の少なくとも一部及びフェライト本体1116の下に延びる。例えば、出力導体1136の少なくとも一部は、垂直方向1120(図8参照)に沿ってすなわち垂直方向1120と平行に基板1102(図8参照)の下面1104(図8参照)及びフェライト本体1116の間に配置される。そして、出力導体1136の少なくとも一部は、垂直方向1120に沿って基板1102の下面1104及び開口1118の間に配置される。或いは、出力導体1134の少なくとも一部は、垂直方向1120に沿ってすなわち垂直方向1120と平行に基板1102の上面1106(図8参照)及びフェライト本体1116の間に配置されてもよい。そして、出力導体1136の少なくとも一部は、垂直方向1120に沿って基板1102の上面1106及び開口1118の間に配置されてもよい。
導電バス1138や導電バス1140(図8参照)は、出力導体1136に結合されると共に、基板1102のそれぞれ上面1106及び下面1104で、又は上面1106及び下面1104に沿って露出する。導電バイア1142は、バス1138,1140を互いに結合させることができる。或いは、出力導体1136は、基板1102の上面1106又は下面1104上に配置されてもよい。導電バス1138,1140は、デバイス1100からの第1及び第2の電流部分(I1,I2)から結合された電流(I)を出力する。回路は、1以上のバス1138,1140に導電結合され、結合電流(I)を受ける。
作動時において、デバイス1100は、電気回路から電流(I)を受けると共に、入力導体1110に沿って電流(I)を入力バイア1124に伝送する。入力バイア1124は、フェライト本体1116の開口1118を通って電流(I)を伝送する。電流(I)は、入力バイア1124を通って電流分岐導体1126に流れる。電流分岐導体1126は、電流(I)を第1及び第2の電流部分(I1,I2)に分割する。第1電流部分(I1)はフェライト本体1116の外側で電流分岐バイア1128の第1組1200により伝送され、第2電流部分(I2)はフェライト本体1116の外側で電流分岐バイア1130の第2組1202により伝送される。電流分岐バイア1128,1130は、電流部分(I1,I2)を電流分岐導体1134に導電させる。電流分岐導体1126及び電流分岐バイア1128を通って電流結合導体1134への電流部分(I1,I2)の流れは、フェライト本体1116を螺旋状に囲むコイルを通る電流の流れをほぼ追う。電流部分(I1,I2)は、電流結合導体1134が受けると共に、電流(I)に結合される。電流(I)は、電流結合バイア1132により電流結合導体1134から出力導体1136に伝送される。
図10は、別の実施形態に係る平面インダクタデバイス1300の斜視図である。デバイス1300は、図8及び図9に示されたデバイス1100と同様である。例えば、デバイス1300は、バス1112,1114,1138,1140、導体1110,1126,1134,1136、バイア1124,1128(図9参照),1130,1132や、基板1102に埋め込まれたフェライト本体1116を有する。デバイス1100及びデバイス1300の一つの相違点は、デバイス1300が追加の導電路1302,1304を有することである。図示の実施形態において、導電路1302,1304は、ワイヤボンディングによりデバイス1300に結合されたワイヤを表わす。或いは、導電路1302,1304は、導電トレース、バス等の他の導体を表わす。
導電路1302は、バス1112及び1以上の入力導体1110や入力バイア1124に結合される。一実施形態において、導電路1302は、バス1112に結合されたワイヤボンド、並びに入力導体1110及び入力バイア1124間のインタフェースである。導電路1302は、電流(I)がバス1112から入力バイア1124に伝送される追加の経路を提供する。図10に示されるように、バス1112が受ける電流(I)は、入力導体1110及び導電路1302により入力バイア1124に伝送される。導電路1302を提供することにより、電流(I)が受ける経路の抵抗や、電流(I)が入力バイア1124を流れる際に生じ得る電力損失を低減することができる。図10には示されていないが、導電路1302,1304と同様の導電路が、1以上の導体1126,1136に結合することができる。
導電路1304は、複数の位置で電流結合導体1134に結合される。例えば、導電路1304は、電流結合導体1134及び電流結合バイア1132間のインタフェースに結合されると共に、電流結合導体1134及び電流結合バイア1132間のインタフェースから離間した複数の位置の電流結合導体1134に結合される。導電路1304は、電流部分(I1,I2)が電流結合導体1134から電流結合バイア1132に伝送される追加の経路を提供する。導電路1304を提供することにより、電流部分(I1,I2)が受ける経路の抵抗や、電流部分(I1,I2)が電流結合導体1134や電流結合バイア1132により電流(I)に結合される際に生じ得る電力損失を低減することができる。
図21ないし図23は、本明細書で説明される実施形態における導体や導電層を導電結合する異なる技法を示す。例えば、図21ないし図23に示される技法は、デバイス1100(図8参照)やデバイス1300(図10参照)の1以上の導体1110,1126,1134,1136(図8参照)を導電結合するために用いられる。
図21を参照すると、導電層すなわち導体2400,2402及び導電層すなわち導体2404,2406は、導電マイクロバイア2408を用いて互いに結合される。別の実施形態において、基板の異なる層に配置された導電層すなわち導体2400,2402間や導電層すなわち導体2404,2406間の導電結合は、基板の厚さ全体を貫通するスルーホールの部分を表わす。図21に示される図は、導体2400,2402が導体2404,2408から分離した状態の分解図である。導体2400,2402は互いに対面する縁2410,2412に沿って結合された縁結合導体であり、導体2402,2406は互いに対面する縁2414,2416に沿って結合された縁が結合されたりオフセットされた広い側が結合されたりした導体である。マイクロバイア2408で導体2400,2402及び導体2404,2406を結合することにより、導体2400,2402,2404,2406を用いて伝送された電流量を増大させたり、導体2400,2402,2404,2406間の誘導結合を変更したりすることができる。
図22を参照すると、導電層すなわち導体2500,2502,2504は、複数の方法で導電結合される。図22に示される図は、導体2502,2504が導体2500から分離した状態の分解図である。例えば、導体2500は、導体2502,2504に縁結合される。導体2502,2504は、ワイヤボンド2506により互いに導電結合される。
図23を参照すると、導電層すなわち導体2600,2602は縁結合された導体である。図23に示される図は、導体2600,2602が互いに分離した状態の分解図である。導体2600,2602は、複数の位置で対応する導体2600,2602に結合されたワイヤボンド2604,2606を有する。ワイヤボンド2604,2606の追加により、導体2600,2602の電流搬送能力が増大する。
図11は、一実施形態に係るフェライト本体1400の平面図である。フェライト本体1400は、本明細書で説明された1以上の実施形態のフェライト本体として使用される。例えば、フェライト本体1400は、フェライト本体110(図1参照)、フェライト本体310(図3参照)、フェライト本体510(図5参照)、フェライト本体1016(図7参照)又はフェライト本体1116(図8参照)として用いられる。フェライト本体110,310,510を参照すると、これらのフェライト本体110,310,510は、フェライト本体1400の部分を表わす。例えば、1個以上のフェライト本体110,310,510は、図11に示されるフェライト本体1400の小区分を表わす。
フェライト本体1400は、金属や磁性材料を有するか、これらの材料から形成される。一実施形態において、フェライト本体1400は、NiZn又はMnZn等の比較的柔らかいフェライトを有するか、そのフェライトから形成される。或いは、異なる材料又は異なる合金を用いてもよい。フェライト本体1400は、図示の実施形態では中央開口1402を囲む環状の形状を有する。或いは、フェライト本体1400は別の形状を有してもよい。フェライト本体1400は、複数の部分1404,1406に分割される。例えば、フェライト本体1400は2個のU形状部1404,1406を有し、U形状部1404は対向する両端1408,1410間の円弧経路に沿って延びており、U形状部1406は対向する両端1412,1414間の円弧経路に沿って延びている。
図示の実施形態において、U形状部1404の両端1408,1410は、U形状部1406の両端1412,1414に対面する。端部1408,1412及び端部1410,1414は、バッファ層1416により互いに分離される。バッファ層1416は、U形状部1404,1406を互いから分離する。バッファ層1416は、非導電材料や非磁性材料から形成されてもよい。例えば、バッファ層1416は、エポキシ樹脂等の誘電材料から形成されてもよい。
バッファ層1416は、フェライト本体1400を複数部分1404,1406に分割してフェライト本体1400の飽和状態を低減する。例えば、1個以上の導電コイルがフェライト本体1400の周りを螺旋状に巻回し、(図示し上述した1個以上のデバイス100,300,500,1000,1100,1300等における)フェライト本体1400の周りで電流を伝送すると、電流は、フェライト本体1400が飽和する十分に大きな磁束をフェライト本体1400内に発生させる。フェライト本体を囲む導電コイルに伝送された電流の更なる増加によりフェライト本体1400内の磁束が対応して増加しない場合は、フェライト本体1400は飽和する。バッファ層1416は、フェライト本体1400内の磁束が部分1404,1406間を流れることができないように、フェライト本体1400の部分1404,1406を分離する。この結果、フェライト本体1400内の磁束は、フェライト本体1400の周りを比較的大電流が流れても減少する。
一実施形態において、フェライト本体1400は、基板内に配置された後、複数の部分1404,1406に切断される。例えば、フェライト本体1400の周りに螺旋状に巻回された導電コイルを有する電気回路が形成された後、基板に既に埋め込まれたフェライト本体1400の一部をパンチ装置又は鋸板を用いて比較的高精度で切断する。フェライト本体1400の切断は1箇所でも多数の箇所でもよい。例えば、フェライト本体1400は、2011年2月16日出願の「磁性部品を有する平面電子デバイス及び電子デバイスの製造方法」という名称の米国特許出願第13/028949号明細書(以下、「949出願」という)に記載された方法で基板に埋め込まれてもよい。949出願の説明に関連して、フェライト本体1400は、949出願のフェライト本体200と同様の方法で949出願の基板104の封止材料304内に埋め込まれてもよい。
別の実施形態において、フェライト本体1400を含む基板に機械的厚量を印加し、フェライト本体1400にクラックすなわち割れ目を形成してもよい。例えば、フェライト本体1400を通る定まった量の細いクラックが成長するのに十分な力を与えるよう、圧力が印加される。図示の実施形態ではフェライト本体1400は連続した形状であるので、圧力印加はフェライト本体1400の両端にクラックを成長させ、フェライト本体1400を連続体から非連続体に変える。
図12は、一実施形態に係る多層平面インダクタデバイス1500の平面図である。デバイス100(図1参照)の基板102(図1参照)と同様に、デバイス1500は基板1502を具備し、基板1502は、下面106(図1参照)と同様の下面(図12には図示せず)から反対側の上面1504まで垂直方向に延びる厚さ寸法を有する。厚さ寸法は、2.5mm以下、2.0mm以下、1.0mm以下又は他の距離等、比較的小さい。或いは、厚さ寸法はより大きな距離であってもよい。基板1502は、互いに垂直方向に積み重ねられた複数の誘電層1700(図14参照)で形成されてもよい。図12に示されるように、誘電層1700は互いに平行に向く。デバイス1500は、基板1502の厚さ寸法内に全体が配置されるフェライト本体1506を具備する。図示の実施形態において、フェライト本体1506は、内部開口1508の周りに延びる環状の形状を有する。或いは、フェライト本体1506は異なる形状を有してもよい。
図12を続けて参照すると、図13はデバイス1500の斜視図であるが、図13には基板1502が示されていない。図14は、デバイス1500の分解図である。図14には、フェライト本体1506が示されていない。基板1502は、互いに挟まれた複数の誘電層1700(図14参照)を有する多層体であってもよい。例えば、基板1502は、様々な誘電層1700を形成するFR−4やエポキシ材料製の複数の層を有する。誘電層1700は、参照番号1700と個別に称され、また、参照符号1700A,1700B,1700C,1700Dと個別に称される。図14には4層のみの誘電層1700が図示されるが、より多い誘電層1700を設けてもよい。例えば、複数の誘電層1700は、誘電層1700A及び1700Bの間、誘電層1700B及び1700Cの間や、誘電層1700C及び1700Dの間に設けられてもよい。図示の実施形態において、複数の誘電層1700は、誘電層1700B及び1700Cの間に設けられる。誘電層1700B及び1700Cの間の誘電層1700は、上述したように、フェライト本体1506を受容するキャビティを形成するために開口を有してもよい。
デバイス1500は、複数の導体1510,1600,1602,1604及び導電バイア1512,1514,1606,1608を具備する。導体1510,1600,1602,1604は、導電トレース等の導電層として示される。或いは、上述したように、導体1510,1600,1602,1604は、ワイヤボンド等の1個以上の他の導電体を有する。導体1510は、基板1502の上面1504(図12参照)に又は上面1504付近に配置された外部上側導体1510と称される。例えば、外部上側導体1510は、基板1502の上面1504上に、又は上面1504の下に配置された誘電層1700A上に配置された導電トレースを有する。外部上側導体1501は、概括的に参照符号1510で参照され、個別に参照符号1510A,1510B,1510C等で参照される。一実施形態において、1個以上の導体1510,1600,1602,1604は、図15、図19や図20に関連して以下に説明するものと同様にワイヤボンドに結合されたり、ワイヤボンドに置換されたりできる。導体1602は、基板102(図1参照)の下面106(図1参照)に又は下面106付近等の、基板1502(図12参照)の下面に又は下面付近に配置された外部下側導体1602と称される。例えば、外部下側導体1602は、基板1502の下面上に、又は下面の上に配置された誘電層1700D上に配置された導電トレースを有する。外部下側導体1602は、概括的に参照符号1602で参照され、個別に参照符号1602A,1602B,1602C等で参照される。
導体1600は、基板1502内に配置された内部上側導体1600と称される。例えば、内部上側導体1600は、外部上側導体1510を有する誘電層1700Aと基板1502の下面との間に配置された誘電層1700B上に配置された導電トレースを有する。外部上側導体1600は、概括的に参照符号1600で参照され、個別に参照符号1600A,1600B,1600C等で参照される。
導体1604は、基板1502内に配置された内部下側導体1604と称される。例えば、内部下側導体1604は、外部下側導体1602を有する誘電層1700Dと内部上側導体1600を有する誘電層1700Bとの間に配置された誘電層1700C上に配置された導電トレースを有する。外部下側導体1604は、概括的に参照符号1604で参照され、個別に参照符号1604A,1604B,1604C等で参照される。
バイア1512,1514,1606,1608は、導体1510,1600,1602,1604を導電結合するよう基板1502を垂直方向に貫通する。バイア1512は、フェライト本体1506の開口1508の内側に配置された内部バイア1512の第1内部組と称される。内部バイア1512は、外部上側導体1510を外部下側導体1602に導電結合する。バイア1514は、フェライト本体1506の外側に配置された外部バイア1514の第1外部組と称される。例えば、バイア1512及びバイア1514は、フェライト本体1506の対向する両側に配置される。外部バイア1514は、外部上側導体1510を外部下側導体1602に導電結合する。内部バイア1512は、概括的に参照符号1512で参照され、個別に参照符号1512A,1512B,1512C等で参照される。外部バイア1514は、概括的に参照符号1514で参照され、個別に参照符号1514A,1514B,1514C等で参照される。
バイア1606は、フェライト本体1506の開口1508の内側に配置された内部バイア1606の第2内部組と称される。内部バイア1606は、内部上側導体1600を内部下側導体1604に導電結合する。バイア1608は、フェライト本体1506の外側に配置された外部バイア1608の第2外部組と称される。例えば、内部バイア1606及び外部バイア1608は、フェライト本体1506の対向する両側に配置される。外部バイア1608は、内部上側導体1600を内部下側導体1604に導電結合する。内部バイア1606は、概括的に参照符号1606で参照され、個別に参照符号1606A,1606B,1606C等で参照される。外部バイア1608は、概括的に参照符号1608で参照され、個別に参照符号1608A,1608B,1608C等で参照される。
導体1510,1600,1602,1604及びバイア1512,1514,1606,1608は、フェライト本体1506の周りに螺旋状に延びる1個以上の導電コイルを形成するよう導電結合される。例えば、導体1510,1600,1602,1604及びバイア1512,1514,1606,1608は、フェライト本体1506の周りを螺旋状に巻回する内部導電コイル1610及び外部導電コイル1612を形成することができる。この結果、各コイル1610,1612は、フェライト本体1506の開口1508を貫通すると共に、フェライト本体1506の開口1508に戻る前にフェライト本体1506の外部の周りを巻回する。導電コイル1610,1612は、一実施形態では互いに導電結合されていない。例えば、導電コイル1610,1612は、各導電コイル1610,1612に結合された共通の導電体を有していない。導電コイル1610,1612は、変成器又はチョークにあるように、一方のコイル1610又は1612から他方のコイル1612又は1610に電気エネルギーを誘導伝送することができる。
一実施形態において、外部上側導体1510、外部下側導体1602、第1内部バイア1512及び第1外部バイア1514は、外部導電コイル1612及び内部上側導体1600を形成する。内部下側導体1604、第2内部バイア1606及び第2外部バイア1608は、内部導電コイル1610を形成する。外部導体1510,1602は、互いに対して斜めを向き、すなわち傾斜する方向に長い。第1内部バイア1512及び第1外部バイア1514は、異なる外部導体1510,1602に結合されて外部導電コイル1612を形成することができる。図14に示されるように、例えば、外部上側導体1510Aは、内部バイア1512Aに導電結合される。第1内部バイア1512Aは、外部上側導体1510Aを外部下側導体1602Aに導電結合する。外部下側導体1602Aもまた外部バイア1514Aに導電結合される。第1外部バイア1514Aは外部上側導体1510Bに導電結合される。外部上側導体1510Bは第1内部バイア1512Bに導電結合される。第1内部バイア1512Bは、外部上側導体1510Bを外部下側導体1602Bに導電結合する。第1内部バイア1512及び第1外部バイア1514が異なる外部上側導体1510を異なる外部下側導体1602に結合することが進行し、螺旋状の外部導電コイル1612を形成する。図示の実施形態において、外部導電コイル1612は、フェライト本体1506の周りを螺旋状に12回巻回する。或いは、外部導電コイル1612は、フェライト本体1506の周りを異なる回数で螺旋状に巻回する。
同様に、第2内部バイア1606及び第2外部バイア1608は、異なる内部導体1600,1604に結合されて内部導電コイル1610を形成することができる。図14に示されるように、例えば、内部上側導体1600Aは、第2内部バイア1606Aに導電結合される。第2内部バイア1606Aは、内部上側導体1600Aを内部下側導体1604Aに導電結合する。内部下側導体1604Aは、第2内部バイア1606A及び第2外部バイア1604Aに導電結合される。第2外部バイア1608Aは、内部下側導体1604Aを異なる内部上側導体1600Bに導電結合する。内部上側導体1600Bは、異なる内部下側導体1604Bに結合された異なる内部バイア1606Bに結合される。内部バイア1606及び外部バイア1606が異なる内部上側導体1600を異なる内部下側導体1604に結合することが進行し、螺旋状の内部導電コイル1610を形成する。図示の実施形態において、内部導電コイル1610は、フェライト本体1506の周りを螺旋状に32回巻回する。或いは、内部導電コイル1612は、フェライト本体1506の周りを異なる回数で螺旋状に巻回する。
導電コイル1610,1612は、電子回路に誘導部品を提供することができる。例えば、1以上の導電トレース、ワイヤ又は他の物体が導電コイル1610,1612に結合され、(例えば、導電コイル1610,1612が2回路間に電流を誘導伝送する)変成器、チョーク、バラン又は他の部品を形成してもよい。変成器、バラン、インダクタ、チョーク等の異なる誘導素子がデバイス1600等を構成する際に、1以上の技法が図21ないし図23に図示された上述された導体又は導電層を導電結合する。DSLやイーサネット(登録商標)用途で用いられる変成器デバイスの場合、導体間の絶縁は、5000Vまでの電圧での絶縁等の比較的大きな絶縁電圧を提供することができる。或いは、絶縁は、別の電圧での比較的大きな絶縁電圧を提供してもよい。
図15は、別の実施形態の平面インダクタデバイス1800の断面図である。デバイス1800は、図12ないし図14に示されたデバイス1500と同様である。例えば、デバイス1800は、平面基板1802内に配置された環状のフェライト本体1804を有する平面基板1802と、フェライト本体1804の周りに螺旋状に巻回する1個以上の導電コイル1806とを具備する。基板1802は、互いに対向する上面1808及び下面1810間に延びる。内部キャビティ1812は、上面1808及び下面1810間の基板1802内に配置される。フェライト本体1804はキャビティ1812内に位置する。図示の実施形態において、キャビティ1812は、可撓性エポキシ材料等の誘電材料1814で充填又はほぼ充填される。この結果、誘電材料1814は、キャビティ1812内でフェライト本体1804を少なくとも部分的に囲む。或いは、キャビティ1812は空気又は別の気体で充填又はほぼ充填されてもよい。この結果、空気又は気体は、キャビティ1812内でフェライト本体1804を少なくとも部分的に囲む。
図示の実施形態において、下側導電層1816は、基板1802の下面1810に配置される。例えば、下側導電層1816は、下面1810上に配置された導電トレースである。導電バイア1822は、下側導電層1816に結合され、基板1802を垂直方向に貫通する。バイア1822は、バイア1822に蓋をすることができるように、導電ペースト、若しくは別の導電充填材料又は非導電充填材料で充填される。導電蓋1818は、基板1802の上面1808上に配置され、バイア1822に導電結合する。図15に示されるように、導電蓋1818は、基板1802の上面1808上で導電蓋1818が互いに接触しないように、互いに離間する。導電バイア1822は、導電蓋1818に結合される、金属、合金、半田又は他の導電体等の導電材料で充填されてもよい。
ワイヤボンド1820は、導電蓋1818に導電結合されて蓋1818間に導電路を提供する。ワイヤボンド1820は、導電ワイヤ等の細長の導電体である。一実施形態において、ワイヤボンド1820は、直径が10〜50μmの金ワイヤで形成される。或いは、異なる径や異なる材料のワイヤボンド1820を用いてもよい。
導電コイル1806は、フェライト本体1804の周りに数回の巻線を形成する。図示の実施形態において、コイエル1806の巻線は、バイア1822、下側導電層1816、蓋1818及びワイヤボンド1820により形成される。誘電オーバーモールド層1824は、基板1802の上面1808の上に設けられる。オーバーモールド層1824は、ワイヤボンド1820及び蓋181を覆う、すなわち封止する。例えば、ワイヤボンド1820は、オーバーモールド層1824内に全体が配置される。オーバーモールド層1824は電気絶縁を提供することができる。別の実施形態において、ワイヤボンドは、下側導電層1816の代わりに又は下側導電層1816に追加して用いられてもよい。
図示の実施形態において、デバイス1800への導電的アクセスは、オーバーモールド層1824を貫通する導電端子1826により提供される。例えば、レーザバイアや機械的バイアを用いて、オーバーモールド層1824を貫通する開口又はバイアが形成される。導電端子1826を形成するために、1個以上の蓋1818に導電結合された開口又はバイア内に導電体が配置されてもよい。
図19は、別の実施形態の平面インダクタデバイス2200の断面図である。デバイス2200は、図12ないし図14に示されたデバイス1500と同様である。例えば、デバイス2200は、平面基板2202内に配置された環状のフェライト本体2204を有する平面基板2202と、フェライト本体2204の周りに螺旋状に巻回する1個以上の導電コイル2206とを具備する。基板2202は、互いに対向する上面2208及び下面2210の間を延びる。基板2202内に内部キャビティ2212が配置され、キャビティ2212内にフェライト本体2204が位置する。一実施形態において、内部キャビティ2212は、予め形成(例えば、基板2202が作成される際に形成)されてもよいし、フェライト本体2204が配置されるポストを具備してもよい。フェライト本体2204は、フェライト本体2204をキャビティ2212内へ及びポスト上に案内するテーパ付きインサートを用いることにより、所定位置へ機械的に振り込まれるか、吸着機械で配置されてもよい。或いは、別の技法を用いてもよい。ポストは、デバイス2200用の支持枠を提供する。一実施形態において、上述したように、シリコーン等の低ストレス材料又は超低ストレス材料を用いてフェライト本体2204を取り囲むことができる。一実施形態において、デバイス2200が比較的高電圧や高電流の用途に用いられる場合、基板やポストには特殊等級の材料が使用される。材料は、フェライト本体2204の周囲に密封又はほぼ密封の封止を提供すると共に、高信頼性にするために比較的ハロゲン量が小さく比較的ガラス束がない。このような材料の例には、液晶ポリマ(LCP)やテフロンが含まれる。導電バイア2218は、基板2202や、フェライト本体2204の周囲の低ストレス材料を貫通し、比較的大きな電力量を伝送する。基板2202は、高湿及び高温であっても、バイア2218の間に比較的大きな電気絶縁を提供することができる。
図示の実施形態において、上側導電蓋2214及び下側導電蓋2216は、基板2202の上面2208上に配置され、基板2202を貫通する導電バイア2218に導電結合される。上側導電蓋2214は互いに接触しないように互いに離間したり、下側導電蓋2216は互いに接触しないように互いに離間したりする。導電バイア2218は、上側導電蓋2214及び下側導電蓋2216に結合される、金属、合金、半田又は他の導電体等の導電材料で充填されてもよい。
上側ワイヤボンド2220及び下側ワイヤボンド2222は、上側導電蓋2214及び下側導電蓋2216それぞれ導電結合されて上側導電蓋2214間及び下側導電蓋2216間に導電路を形成する。ワイヤボンド(図15参照)と同様に、ワイヤボンド2220,2222は、導電ワイヤ等の細長の導電体である。導電コイル2206は、フェライト2204の周りに複数の巻線を形成する。一実施形態において、コイル2206の巻線は、バイア2218、下側導電蓋2216、上側ワイヤボンド2222、上側導電蓋2214及び上側ワイヤボンド2220により形成される。上側誘電オーバーモールド層2224や下側誘電オーバーモールド層2226は、上側ワイヤボンド2220や下側ワイヤボンド222及び上側導電蓋2214や下側導電蓋2216を覆う又は封止するよう設けられる。
図20は、別の実施形態の平面インダクタデバイス2300の断面図である。デバイス2300は、図12ないし図14に示されたデバイス1500及び図19に示されたデバイス2200と同様である。例えば、デバイス2300は、平面基板2302、環状のフェライト本体2304、及びフェライト本体2304の周りに螺旋状に巻回する1個以上の導電コイル2306を具備する。図示の実施形態において、基板2302は、その厚さ内に配置された複数の内部導電層2308を具備する。内部導電層2308は、基板2302内に位置する1以上の導電トレースを有してもよい。また、基板2302は、バイア2218(図19参照)と同様の導電バイア2310、上側導電蓋2214及び下側導電蓋2216(図19参照)と同様の上側導電蓋2320及び下側導電蓋2322、並びに上側ワイヤボンド2220及び下側ワイヤボンド2222(図19参照)と同様の上側ワイヤボンド2324及び下側ワイヤボンド2326を具備する。
デバイス2200及びデバイス2300の相違は、デバイス2300のワイヤボンド2324,2326が基板2302のマイクロバイア2328により1層以上の内部導電層2308に導電結合される点である。マイクロバイア2328は、金属、合金等導電材料で充填されたりその導電材料でめっきされたりする、基板2302の溝又は穴を有する。マイクロバイア2328は、図20に示されるように、全体が基板2302の厚さを貫通していない。例えば、マイクロバイア2328は、1層以上の内部導電層2308間や、内部導電層2308及び上側導電蓋2320又は下側導電蓋2322の間で、基板2302を部分的に貫通するのみである。
図16は、別の実施形態の平面インダクタデバイス1900の断面図である。デバイス1900は、図12ないし図14に示されたデバイス1500と同様である。例えば、デバイス1900は、平面基板1902内に配置された環状のフェライト本体1904を有する平面基板1902と、フェライト本体1904の周りに螺旋状に巻回する1個以上の導電コイル1906とを具備する。基板1902は、互いに対向する上面1908及び下面1910の間を延びる。基板1902内の上面1908及び下面1910間に内部キャビティ1912が配置される。キャビティ1912内にフェライト本体1904が位置する。上側導電層1918、下側導電層1916及び導電バイア1922は、上述したようにフェライト本体1904の周りを螺旋状に巻回する導電コイル1906を形成する。
図示の実施形態において、キャビティ1912は、1以上の比較的高透磁率を有する材料で混合され、その材料を含む可撓性誘電材料1914で充填又は実質的に充填される。「高透磁率」材料には、少なくとも100の磁気相対透磁率(μr)を有する材料が含まれる。一実施形態において、フェライト本体1904は、コバルト、ニッケル、マンガン、クロム、鉄等の微粉末等の高透磁率粉末で混合されたエポキシ材料により少なくとも部分的に囲まれる。別の実施形態において、フェライト本体1904は設けられず、キャビティ1912は高透磁率の材料で混合された材料1914で充填されてもよい。材料1914及び高透磁率材料は、材料1914の周りに螺旋状に巻回された導電コイル1906により形成されるインダクタデバイス内のフェライト本体1904を高透磁率材料で置換してもよい。
上側高透磁率層1924及び下側高透磁率層1926は、基板1902の外側の上面1908及び下面1910上にそれぞれ配置される。高透磁率層1924,1926は、キャビティ1912内の材料1914と同様の1以上の高透磁率材料で混合され又はその高透磁率材料を有する可撓性誘電材料で形成されてもよい。高透磁率層1924,1926は、デバイス1900からの磁束漏れを低減又は防止したり、デバイス1900の有効透磁率を増大させたりすることができる。
図17は、図16に示された別の実施形態の平面インダクタデバイス1900の断面図である。図示の実施形態において、1個以上の平面フェライトの平板(slab)2000は、基板1902のキャビティ1912内に配置される。図17に示されるように、平板2000は、フェライト本体1904の上下に配置される。平板2000は、キャビティ1912内の材料1914により所定位置に保持されてもよい。平板2000は、コバルト、ニッケル、マンガン、クロム、鉄等のフェライト材料で形成され又はフェライト材料を有する平坦体である。一実施形態において、平板2000は、厚さが8〜10μmのフェライト材料板である。或いは、平板2000は異なる厚さであってもよい。
図17に示されるように、1枚以上の平板2000は、上側層1924や下側層1926内に設けられる。例えば、基板1902の上面1908や下面1910のほぼ一部上に延びる平板2000は、層1924,1926に保持されてもよい。平板2000は、デバイス1900からの磁束漏れを低減又は防止したり、デバイス1900の有効透磁率を増大させたりすることができる。
一実施形態において、高透磁率材料を有する1以上の材料1914やフェライト平板2000は、1個以上のデバイス100,300,500,1100,1500(図1、図3、図5、図8及び図12参照)に関連して設けられてもよい。例えば、1個以上のフェライト本体110,310,510,1116,1506(図1、図3、図5、図8及び図12参照)は、高透磁率材料や1枚以上の平板2000を有する誘電材料1914で充填又は実質的に充填されたキャビティ内に配置される。
図24は、別の実施形態に係る平面インダクタデバイス700の側面図である。デバイス700は、図1に示されたデバイス100等の本明細書に示し述べた1個以上のデバイスと同様であってもよい。例えば、デバイス700は、上面706から反対側の下面708まで垂直方向に延びる厚さ寸法704を有する基板702を具備する。厚さ寸法704は、2.5mm以下、2.0mm以下、1.0mm以下又は他の距離等、比較的小さい。或いは、厚さ寸法704はより大きな距離であってもよい。また、デバイス700は、基板702の厚さ寸法704内に全体が配置されたフェライト本体710を有する。一実施形態において、基板702は基板102(図1参照)のキャビティ120(図1参照)等の内部キャビティを有し、フェライト本体710はそのキャビティ内に配置される。
基板702は、垂直方向に互いに積み重ねられた複数の誘電層712から形成できる。図示の実施形態には12層712のみが示されているが、より多数又はより少数の層712が設けられてもよい。層712は、FR−4、硬化エポキシ、ポリテトラフルオロエチレン、FR−1、CEM−1、CEM−3、熱可塑性プラスチック、スピンコーティングされたエポキシ樹脂等の誘電材料を有するか、それらの誘電材料で形成される。層712は、エポキシ等の1以上の接着剤により一緒に保持されて基板を形成する。
フェライト本体710は、複数の層712を貫通するように基板702内に配置される。フェライト本体710は層712の軸方向に整列したスルーホール802(図19参照)内に位置するのに対し、残余は基板702の厚さ寸法704内に全体が配置される。或いは、フェライト本体710は、上面708により区画される平面の上や、下面706により区画される平面のしたに突出すること等により、基板702の厚さ寸法704の外側に突出してもよい。
図24を続けて参照すると、図25は、基板702の層712の部分集合800の一実施形態の分解図である。部分集合800は、基板702内で垂直方向に互いに積み重ねられた全ての層712より少ない数の層を有する。層712は、図25には全体として参照番号712で参照され、個別には参照符号712A,712B,712C,712Dで参照される。本明細書の説明は層712の部分集合800に注目しているが、部分集合800内の4層712以上に説明を適用してもよい。例えば、層712A〜712Dの説明は、フェライト本体710が基板702の内側で貫通する全ての層712に適用してもよい。
図25に示されるように、層712A〜712Dは、中心軸810に沿って互いに軸方向に整列した孔802を有する。中心軸810は、基板702の厚さ寸法704が測定される方向と平行である。孔802は、フェライト本体710を受容する形状に形成される。例えば、孔802は、筒状のフェライト本体710が孔802内に配置できるように、十分に大きな直径を有する円形である。或いは、孔802は異なる形状を有してもよい。層712A〜712Dは、フェライト本体710が孔802内に配置されると、各層712A〜712Dにより区画される平面内でフェライト本体710を囲む。
層712A〜712Dは、各層712A〜712D内のフェライト本体710の周りに部分的に延びる導体804,806を有する。導体804,806は、層712A〜712Dの上又は中に配置された導電トレース又は導電層として形成される。図25に示されるように、各導体804,806は、対応する層712A〜712Dの孔802の一部を囲む、すなわち孔802の一部の周りに延びる。各層712の導体804又は806は、同一の層712の孔802の外周全長より短い長さで延びる。図示の実施形態において、各導体804,806は、孔802の周囲の約180°の範囲の円弧近似形状を有する。或いは、導体804,806は、異なる形状を有したり、異なる角度の範囲で延びる、すなわち孔802の外周の異なる部分の周りに延びたりしてもよい。
導体804,806は導電マイクロバイア808に結合される。例えば、各導体804,806は、導体804,806と同じ層712内の第1マイクロバイア808から第2マイクロバイア808まで延びる。図24に示されるように、マイクロバイア808は層712を貫通する。マイクロバイア808は1層以上の層712を貫通する垂直方向の導電路を提供するのに対し、導体804,806は個別の層712内の水平方向の導電路を提供する。図示の実施形態において、各導体804,806は層712内で水平方向の導電路を提供できるのに対し、各マイクロバイア808は垂直方向の導電路を提供する、すなわち層712の厚さ方向に相互接続する。埋め込まれたバイアとして図示されたマイクロバイア808は、基板702の上面708又は下面706では露出していない。或いは、1個以上のマイクロバイア808は、基板702の上面708又は下面706で露出してもよい。
層712のマイクロバイア808は、異なる層712内の導体804,806を互いに導電結合する。例えば、層712Aのマイクロバイア808は、層712Aを貫通して層712Aの導体804を層712Bの導体806に導電結合する。同様に、層712Bのマイクロバイア808は、層712Bを貫通して層712Bの導体806を層712Cの導体804に導電結合する。図示の実施形態において、各マイクロバイア808は、隣接する異なる層712上又はそれらの層712内に配置された導体804,806を導電結合する。或いは、マイクロバイア808は、2層以上の層712を貫通し、隣接していない異なる複数の層712、又は1層以上の別の層712により互いに分離された複数の層712の導体804,806を導電結合する。
図26は、一実施形態に係るインダクタデバイス700の概略図である。デバイス700は、導体804,806、マイクロバイア808及びフェライト本体710の相対位置をより明確にするために基板702(図24参照)が除かれた状態で図26に示される。導体804,806及びマイクロバイア808は、互いに導電結合されて、フェライト本体710の周りに螺旋状に巻回する多層導電コイル900を形成する。図26に示されるように、各導体804,806は、フェライト本体710の周囲に延びるコイル900の巻線902の一部を形成する。「巻線」という語は、フェライト本体710の外周の周りに一回延びる、或いは円弧又は360°の非平面縁の範囲で延びるコイル900の一部を包囲することを意味する。図示の実施形態において、各導体804,806は、約180°の円弧の範囲で延びる。この結果、組904,906がフェライト本体710の対向する両側に配置された状態で、異なる層712(図24参照)のマイクロバイア808は、2組904,906のマイクロバイア808内で互いに垂直方向に整列する。或いは、導体804,806は、マイクロバイア808が垂直方向に互いに整列せず、すなわち単一組又は多数組のマイクロバイア808内で垂直方向に互いに整列しないように、より小さな角度又はより大きな角度の円弧の範囲で延びてもよい。
図24に示されたデバイス700の説明の戻ると、デバイス700は、電子回路712に誘導素子を提供する。デバイス700は、回路712に導電路を提供する導電トレース714やバイア716に導電結合される。トレース714及びバイア716が導体804,806及びマイクロバイア808により形成されたコイル900(図26参照)の対向する両端に回路712を結合するのに対し、トレース714及びバイア716は、コイル900に沿った異なる点すなわち位置に回路712を結合してもよい。例えば、トレース714及びバイア716は、図26に示される層712以外の層の導体804,806やマイクロバイア808に導電結合されてもよい。作動の際、回路712からの電流は、導体804,806及びマイクロバイア808により形成されたコイル900を通って流れる。電流の少なくともある程度のエネルギーは、フェライト本体710内の磁気エネルギーとして蓄えられる。コイル900は、電流から比較的高周波成分を濾波すること等により、回路712を通って流れる電流を遅延させたり、整形させたりすることに用いられてもよい。
1000 平面インダクタデバイス
1002 導電路
1004 入力部
1006 電流分岐部
1008 コイル部
1010 電流結合部
1012 出力部
1014 開口
1016 フェライト本体
1018 導電コイル
1100 平面インダクタデバイス
1102 基板
1104 下面
1106 上面
1110 平面入力導体
1116 フェライト本体
1118 開口
1124 入力バイア
1126 電流分岐導体
1130 電流分岐バイア
1132 電流結合バイア
1134 電流結合導体
1136 出力導体
1302,1304 導電路(ワイヤボンド)
1404,1406 (フェライト本体の)部分
1416 バッファ層
I 電流
1 第1電流部分
2 第2電流部分

Claims (12)

  1. 開口(1014,1118)の周囲に延びるフェライト本体(1016,1116)を具備する平面インダクタデバイス(1000,1100)であって、
    導電路(1002)を具備し、
    前記導電路は、互いに接続された入力部(1004)、電流分岐部(1006)、コイル部(1008)、電流結合部(1010)及び出力部(1012)を有し、
    前記入力部は、前記フェライト本体の前記開口に向かって延びており、
    前記電流分岐部は、前記導電路に結合されると共に互いに並列に配置された複数の導電コイル(1018)を有し、
    前記コイル部は、前記フェライト本体の周囲に螺旋状に巻回された前記導電コイルを有し、
    前記電流結合部は、互いに結合された前記導電コイルを有し、
    前記出力部は、前記フェライト本体から延びる結合された前記導電コイルを有することを特徴とする平面インダクタデバイス。
  2. 前記導電路の前記入力部は、前記フェライト本体へ電流(I)を伝送し、
    前記電流分岐部は、前記電流を第1電流部分(I1)及び第2電流部分(I2)に分割し、
    前記コイル部は、異なる導電コイルの前記フェライト本体の周りに前記第1電流部分及び前記第2電流部分を別々に伝送し、
    前記電流結合部は、前記第1電流部分及び前記第2電流部分を結合後の電流に結合し、
    前記出力部は、前記デバイスから前記結合後の電流を伝送することを特徴とする請求項1記載の平面インダクタデバイス。
  3. 前記導電路の前記入力部は、前記フェライト本体の上に配置された入力導体(1110)を有し、
    前記導電路の前記電流分岐部は、前記フェライト本体の下に配置された電流分岐導体(1126)を有し、
    前記導電路の前記電流結合部は、前記フェライト本体の上に配置された電流結合導体(1134)を有し、
    前記導電路の前記出力部は、前記フェライト本体の下に配置された出力導体(1136)を有することを特徴とする請求項1記載の平面インダクタデバイス。
  4. 前記導電路は、前記入力導体を前記電流分岐導体に導電結合する1個以上の入力バイア(1124)を有することを特徴とする請求項3記載の平面インダクタデバイス。
  5. 前記入力バイアは、前記フェライト本体の前記開口内に配置されていることを特徴とする請求項4記載の平面インダクタデバイス。
  6. 前記導電路は、前記電流分岐導体を前記電流結合導体に導電結合する1個以上の電流分岐バイア(1130)を有することを特徴とする請求項3記載の平面インダクタデバイス。
  7. 前記電流分岐バイアは前記フェライト本体の外側に配置されていることを特徴とする請求項6記載の平面インダクタデバイス。
  8. 前記導電路は、前記電流分岐導体を前記出力導体に導電結合する1個以上の電流結合バイア(1132)を有することを特徴とする請求項3記載の平面インダクタデバイス。
  9. 前記フェライト本体は、複数の部分(1404,1406)に分割されていることを特徴とする請求項1記載の平面インダクタデバイス。
  10. 前記平面インダクタデバイスは、前記フェライト本体の前記複数の部分の間に配置されたバッファ層(1416)をさらに具備し、
    前記バッファ層は、非導電材料及び非磁性材料のうち少なくとも一方を有することを特徴とする請求項9記載の平面インダクタデバイス。
  11. 前記入力部、前記電流分岐部、前記コイル部、前記電流結合部及び前記出力部のうち少なくとも一つに結合された1以上のワイヤボンド(1302,1304)をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の平面インダクタデバイス。
  12. 前記平面インダクタデバイスは、上面(1106)から反対側の下面(1104)まで延びる基板(1102)をさらに具備し、
    前記フェライト本体は、前記上面及び前記下面の間の前記基板内に配置されていることを特徴とする請求項1記載の平面インダクタデバイス。
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