WO2018008884A1 - Double helical planar transformer - Google Patents

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WO2018008884A1
WO2018008884A1 PCT/KR2017/006770 KR2017006770W WO2018008884A1 WO 2018008884 A1 WO2018008884 A1 WO 2018008884A1 KR 2017006770 W KR2017006770 W KR 2017006770W WO 2018008884 A1 WO2018008884 A1 WO 2018008884A1
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WO
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double helix
double
substrate
helix
terminal
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Application number
PCT/KR2017/006770
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Inventor
이주열
Original Assignee
이주열
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804Printed windings
    • HELECTRICITY
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    • H01F17/00Fixed inductances of the signal type 
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    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006Printed inductances
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    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/42Flyback transformers
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/11Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/11Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/115Via connections; Lands around holes or via connections

Definitions

  • the present invention relates to planar transformers and, more particularly, to double helical planar transformers.
  • Planar transformers are used in a variety of applications such as flyback converters and Ethernet communications.
  • Wired Ethernet is increasing in speed with standards such as LOObased-T, 1000Based-T and LOGBased-T.
  • the transmission cable of Ethernet has a differential resistance between the positive and negative ends of a cable in which a pair of cables cross each other (twisted pair, or twisted pair).
  • Ethernet cable can be divided into UTP Jnshi elded twisted pair and STP (Shi elded twisted pair).
  • 1 is a basic equivalent model of an Ethernet transformer, and has a structure that separates a system from a line side. It passes the signal and removes only the noise to protect it from the noise of a twisted pair cable that is vulnerable to noise.
  • CMRR Co ⁇ on Mode Reject ion Rat io
  • FIG. 2 is a side-outer shape of a 100Based-T transformer using a common two-pair cable, each composed of an isolated transformer and a common mode choke per pair. In some cases, common mode choke may be omitted.
  • the insulating transformer has a structure in which an enamel coated copper wire is wound around a ferrite i toroidal, and four enamel coated copper wires are manually wound at the same time.
  • Two system-side copper terminations per pair are connected to TX + / RX + and TX- / RX-, and the remaining two ends of each pair are connected together to ground through a 100nF capacitor.
  • One copper wire end per pair is pin 1/3 of connector (1),
  • the diameter of the toroidal (2) is about 2.4-4.5 mm and the inner diameter is very small, 1.0 2.5 kPa. If the diameter of the toroidal is larger, it is possible to wind the copper wire by automation equipment. However, in general network equipment, since it is small, a manually produced transformer is used.
  • Figure 4 (a) shows a separate transformer
  • Figure 4 (b) shows a case in which the common mode choke is added.
  • CN 102403096 "s ingle-ended windings connected by a single line and can be applied to differential winding structures in which CMRR Co ⁇ on Mode Rej ect i on Rat io, such as Ethernet transformers, are of importance. none.
  • the problem to be solved by the present invention is a double spiral plane capable of mass production To provide a transformer.
  • a dual helical planar transformer includes a core part having a pair of cores electromagnetically coupled to each other; A substrate portion comprising a plurality of substrates disposed between the pair of cores and stacked on each other; And a pattern portion including a metal pattern of a binary spiral structure formed on the substrate.
  • the substrate portion includes a first through hole and a second through hole
  • the metal pattern includes a first spiral and the first spiral hole formed in an area around the first through hole.
  • a second helix formed in a region around a second through hole, wherein the first helix and the second helix are integrally connected to form a double helix.
  • the substrate portion may include a first substrate, a second substrate, a third substrate, a fourth substrate, and a fifth substrate sequentially stacked with a plurality of via holes.
  • a first double helix is formed on the first substrate
  • a second double helix is formed on the second substrate
  • a third double helix is formed on the third substrate
  • a fourth double helix is formed on the fourth substrate.
  • a connecting terminal and a ground terminal connected to the first double helix to the fourth double helix and the via hole in the crab 5 substrate, and the connecting terminal is formed in an area around the first through hole.
  • the ground terminal may be formed in an area around the second through hole.
  • connection terminal includes ⁇ +, ⁇ —, Rx +, Rx- terminals
  • first double helix is connected to the Tx + terminal through a first via hole.
  • the second double helix is connected to the ⁇ -terminal through a second via hole
  • the third double helix is connected to the Rx + terminal through a giant 13 via hole
  • the fourth double helix is connected to the fourth via hole. It can be connected to the Rx terminal.
  • the first double helix to the fourth double helix may be formed in a counterclockwise direction.
  • the first double helix is formed counterclockwise
  • the second double helix is formed clockwise
  • the third double helix is clockwise
  • the fourth double helix may be formed in a counterclockwise direction.
  • the first double helix is formed in a clockwise direction
  • the second double helix is formed in a counterclockwise direction
  • the third double helix is formed in a clockwise direction
  • the fourth double helix may be formed in a counterclockwise direction.
  • the first double helix is formed in a clockwise direction
  • the second double helix is formed in a clockwise direction
  • the third double helix is made in a counterclockwise direction.
  • the fourth double helix It may be formed counterclockwise.
  • the ground terminal includes a first ground terminal and a second ground terminal
  • the giant U double helix and the second double helix is the first ground terminal
  • the third double helix and the fourth double helix may be connected through a fraudulent second ground terminal.
  • the manual winding of the toroidal embedded in the Ethernet transformer can be automated.
  • the yield is excellent.
  • the performance is superior to the conventional Ethernet transformer.
  • the present invention has fewer PCB via holes and fewer line pattern intersections than conventional planar Ethernet transformers.
  • the performance of the transformer is superior to the conventional s ingle-ended double helix winding or "8-shaped" winding.
  • 1 shows an equivalent model of an Ethernet transformer according to the prior art.
  • 2 shows a circuit diagram of a 100 Base T Ethernet transformer according to the prior art.
  • Figure 3 shows the structure of a ferrite toroidal in a conventional Ethernet transformer.
  • FIG. 4 shows a ferrite toroidal structure to which common mode chokes have been added.
  • Figure 5 shows a rectangular toroidal structure for explaining the present invention.
  • 6 is an exploded perspective view of a double helical transformer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view illustrating a shape in which a substrate is removed from a double helical planar transformer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 8 to 11 show various embodiments of various winding methods.
  • FIG. 12 shows the magnetic flux density of a planar transformer having a double helix structure.
  • Figure 13 shows the magnetic field distribution of a planar transformer of a double helix structure.
  • FIG. 14 shows the effective permeability distribution for the ferrite cores of a double helical planar transformer.
  • each layer (region), region, pattern or structures may be “under” or “under” the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. “Formed in” includes both those formed directly (di rect ly) or through other layers.
  • the criteria for up / down or down / down of each layer will be described with reference to the drawings.
  • the double spiral planar transformer and the determination method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 shows a rectangular toroidal structure for implementing a double helical planar transformer.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a double helical planar transformer according to an exemplary embodiment of the present invention, and implements a rectangular ferrite structure as shown in FIG. 6 in a planar form.
  • FIGS. 8 to 11 illustrate various winding methods.
  • a planar transformer according to an embodiment of the present invention includes a core portion 10, a substrate portion 20, and a pattern portion 30.
  • the core portion 10 may be composed of a pair of ferrite cores 11 and 12 electromagnetically coupled to each other. That is, the upper core 11 and the lower core 12 are combined.
  • Each of the upper core 11 and the lower core 12 has protrusions 13 and 14 protruding from both ends thereof, and the protrusions 13 and 14 may have a circular shape.
  • the protrusions 13 and 14 penetrate through the through holes HI and H2 formed in the substrate 20, respectively, and a spiral pattern is formed around the through holes HI and H2.
  • the substrate unit 20 may include a first substrate 21 to a fifth substrate 25.
  • Each of the substrates 21, 22, 23, 24, and 25 may be sequentially stacked, and each of the substrates may include a first through hole HI and a second through hole H2.
  • a plurality of via holes may be formed in a region around the through holes formed in each of the substrates.
  • First to fourth via holes (vl, v2, v3, and v4) are formed around the U through hole, and crab 5 to 8 via holes (v5, v6, v7, and v8) are formed around the second through hole.
  • the substrate portion 20 is rectangular in shape and long in one direction, and a plurality of grooves may be formed at the edge of the rectangular length.
  • Each of the substrates may have a double spiral pattern formed around the through hole. That is, the pattern portion 30 includes the first pattern 31 to the fourth pattern 34, and each pattern is formed in a double spiral structure on the first substrate 21 to the fourth substrate 24. Can be. Each pattern may be a metal pattern.
  • connecting terminals 251, 252, 253, 254 and ground terminals 255, 256 which are connected to the respective patterns 31, 32, 33, and 34, are formed on the substrate 5.
  • Solder masks 257 are formed in regions other than the formed portions to protect the circuits.
  • Reference numeral 251 may be a Tx + terminal of the transmitting end, and reference numeral 252 may be a ⁇ - terminal of the transmitting end.
  • Reference numeral 253 may be an Rx + terminal of the receiving end, and reference numeral 254 may be an Rx- terminal of the receiving end.
  • Reference numeral 255 may be a ground terminal (Tx GND) of the transmitter, and reference numeral 256 may be a ground terminal (Rx GND) of the receiver.
  • the first pattern 31 may be formed in the first substrate 21 and connected to the Tx + terminal 251 through the first via hole vl.
  • the second pattern 32 may be formed in the second substrate 22 and may be connected to the Tx terminal 252 through the second via hole ⁇ 2.
  • the third pattern 33 may be formed on the third substrate 23 and may be connected to the Rx + terminal 253 through the third via hole v3.
  • the fourth pattern 34 may be formed in the fourth substrate 24 and connected to the Rx terminal 254 through the fourth via hole v 4.
  • the first pattern 31 is a Tx + double helix winding
  • the second pattern 32 is a Tx ⁇ double helix winding
  • the third pattern 33 is an Rx + double helix winding
  • the fourth pattern 34 is Rx -Can be a double helix winding. That is, according to the structure as described above, the Tx + double helix winding 31 formed on the first substrate 21 and the Tx- double spiral winding 32 formed on the second substrate 22 are formed by the fifth, six via holes v5, v5) and Tx ground terminal (255).
  • the Rx + dual helix winding 34 formed on the fourth substrate 24 and the Rx double helix winding 35 formed on the fifth substrate 25 connect the seventh, eight via holes 07, v8 and the Rx ground terminal 256. Connected through.
  • Each transmitting end and receiving end winding is combined with the upper and lower ends of the ferrite core to form a magnetic flux density to transmit signals. That is, when the Ethernet differential signal is applied to the Tx + and Tx- terminals, the magnetic field due to the Tx winding current generates a magnetic field by the magnetic flux density of the ferrite core and receives the Ethernet signal by flowing a current through the Rx winding. At this time, since the noise signal induced by Tx + and Tx- is in phase, the signal exits to ground through the Tx ground terminal and cancels out. At this time, the upper and lower ferrite core should be in close contact with each other.
  • Each pattern constituting the pattern portion 30 is a double helix structure, but it appears that there are two patterns, but one pattern is connected. This can be easily confirmed with reference to FIG. 7.
  • the pattern 30 surrounds both edges of the ferrite core part 10 in a double spiral structure, and the patterns are connected to one.
  • Such a structure can realize a planar transformer of a binary helical structure having a minimum intersection point (X).
  • Both ends of the pattern of FIGS. 7 to 11 are different from the terminals 251, 252, 253, 254, 255, and 256 formed on the first substrate 21, but both ends of the pattern are the terminals. Since the same reference numerals are used.
  • FIG. 8 is an embodiment of a double-helical planar transformer having a minimum intersection point, in which both Tx + and Tx- of the transmitting end are windings in a counterclockwise direction and TX Are connected to each other at GND. Also, Rx + and Rx 'at the receiving end are also counterclockwise windings and are connected to each other at RX GND.
  • Tx + of the transmitting end is a counterclockwise direction
  • ⁇ — is a clockwise winding and is connected to each other at TX GND.
  • Rx + in the receiver is clockwise
  • Rx- is the counterclockwise winding and connected to each other at RX GND.
  • Tx + of the transmitter is clockwise and ⁇ - is a winding in a counterclockwise direction and is connected to each other at TX GND.
  • Rx + at the receiving end is clockwise and Rx- is the counterclockwise winding and is connected to each other at RX GND.
  • Tx + of the transmit end is clockwise and ⁇ - is a winding in the clockwise direction and connected to each other at TX GND.
  • Rx + at the receiving end is counterclockwise
  • Rx- is the counterclockwise winding and connected at RX GND.
  • FIG. 12 to 14 show simulation results of a double helical transformer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12 shows the magnetic flux density of a planar transformer of a double helix structure
  • FIG. 13 shows a magnetic field of a planar transformer of a double helix structure
  • FIG. 14 shows the effective permeability distribution for the ferrite core of the double-helix planar transformer.
  • ferrite cores are densely packed with arrows corresponding to magnetic fluxes and magnetic fields, and thus, the ferrite cores work well.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

A double helical planar transformer according to one embodiment of the present invention can comprise: a core unit having a pair of cores electromagnetically coupled to each other; a substrate unit disposed between the pair of cores and comprising a plurality of substrates stacked on each other; and a pattern unit including a metal pattern of a double helical structure and formed on the substrates.

Description

【명세서】  【Specification】
【발명의 명칭】  [Name of invention]
이중 나선형 평면 트랜스포머  Double spiral flat transformer
【기술분야】 Technical Field
본 발명은 평면 트랜스포머에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중 나선형 평면 트랜스포머에 관한 것이다.  FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to planar transformers and, more particularly, to double helical planar transformers.
【배경기술】 Background Art
평면 트랜스포머는 풀라이백 ( f lyback) 컨버터, 이더넷 통신 등 다양한 분야에 사용된다.  Planar transformers are used in a variety of applications such as flyback converters and Ethernet communications.
유선 이더넷은 lOObased-T, 1000Based-T 그리고 lOGBased-T 등의 규격으로 전송속도가 점점 올라가고 있다. 이더넷의 전송 케이블은 한쌍의 케이블이 서로 교차하는 구조 (twi sted-pai r , 이하 트위스트 페어) 케이블의 (+) 단과 (-)단의 차동 저항은 100Ω 정도이다.  Wired Ethernet is increasing in speed with standards such as LOObased-T, 1000Based-T and LOGBased-T. The transmission cable of Ethernet has a differential resistance between the positive and negative ends of a cable in which a pair of cables cross each other (twisted pair, or twisted pair).
이더넷 케이블의 구조는 UTP Jnshi elded Twi sted— Pair )와 STP(Shi elded Twisted-Pair )로 구분될 수 있다.  The structure of Ethernet cable can be divided into UTP Jnshi elded twisted pair and STP (Shi elded twisted pair).
도 1은 이더넷 트랜스포머의 기본 등가 모델이며, 선로 측과 시스템 분리하는 구조로 되어있다. 이는 잡음에 취약한 트위스트 페어 케이블의 잡음으로부터 보호하기 위해 신호는 통과시키고 잡음만 제거한다.  1 is a basic equivalent model of an Ethernet transformer, and has a structure that separates a system from a line side. It passes the signal and removes only the noise to protect it from the noise of a twisted pair cable that is vulnerable to noise.
CMRR(Co隱 on Mode Reject ion Rat io)로 표현되며 "C匪 R=20 log V2/V1 "으로 계산할 수 있다.  It is expressed as CMRR (Co 隱 on Mode Reject ion Rat io) and can be calculated as “C 匪 R = 20 log V2 / V1”.
도 2는 일반적인 2 페어 (pai r) 케이블을 사용하는 100Based-T 트랜스포머의 측외통 형상이며, 페어당 각각 분리형 트랜스포머 ( i sol ated transformer )와 공통모드부상을 초크 (common mode choke)로 구성된다 . 때에 따라 common mode choke는 생략될 수 있다.  FIG. 2 is a side-outer shape of a 100Based-T transformer using a common two-pair cable, each composed of an isolated transformer and a common mode choke per pair. In some cases, common mode choke may be omitted.
여기서 절연 트랜스포머는 페라이트 토로이달 ( ferr i te toroidal )에 에나멜 피복 구리선을 감는 구조로 되어있고, 에나멜 피복 구리선 4개를 동시에 수작업으로 감는다. 페어당 2개의 시스템측 구리선 종단은 TX+/RX+와 TX-/RX-에 연결되고, 각 페어의 나머지 2개 종단은 함께 연결되어 100nF 캐패시터를 통해 각각 접지로 연결된다. 페어당 2개의 선로측 구리선 종단은 컨넥터 ( 1)의 1/3번핀, Here, the insulating transformer has a structure in which an enamel coated copper wire is wound around a ferrite i toroidal, and four enamel coated copper wires are manually wound at the same time. Two system-side copper terminations per pair are connected to TX + / RX + and TX- / RX-, and the remaining two ends of each pair are connected together to ground through a 100nF capacitor. One copper wire end per pair is pin 1/3 of connector (1),
2/6번핀에 연결되고, 각 페어의 나머지 2개 종단은 함께 연결되어 각각 75Ω을 통해 다시 함께 연결되어 100nF 캐패시터를 통해 접지로 연결된다. Connected to pins 2/6, the remaining two ends of each pair are connected together and reconnected together through 75Ω each to ground through a 100nF capacitor.
도 3은 페라이트 토로이달 (2)의 실제 구조를 나타낸 것이다.  3 shows the actual structure of the ferrite toroidal (2).
이더넷 신호의 흐름에 따른 페라이트 토로이달의 자속밀도로 인해 신호의 전송이 발생이 된다. 이러한 토로이달 구조에서는 수작업으로 4가닥의 구리선 (3)을 감아야 하는데, 토로이달의 크기가 작기 때문에 많은 어려움이 있다. 일반적으로 토로이달 (2)의 직경은 2.4-4.5 mm 정도이며, 내경은 1.0 2.5 腿로 아주 작다. 토로이달의 직경이 좀더 큰 경우에는 자동화 장비에 의해 구리선을 감는 것이 가능하나 일반적인 네트워크 장비의 경우 소형이기 때문에 수작업으로 양산된 트랜스포머를 사용한다. Due to the flux density of the ferrite toroidal due to the flow of the Ethernet signal, signal transmission occurs. In this toroidal structure, it is necessary to wind four copper wires (3) by hand, which is difficult because of the small size of the toroidal. In general, the diameter of the toroidal (2) is about 2.4-4.5 mm and the inner diameter is very small, 1.0 2.5 kPa. If the diameter of the toroidal is larger, it is possible to wind the copper wire by automation equipment. However, in general network equipment, since it is small, a manually produced transformer is used.
수작업에 의하다 보니 양산 속도도 느리지만 불량률도 30%에 이른다. 더구나 공통모드 초크 (co瞧 on mode choke)가 추가되면 그 구조가 더욱 복잡하여 불량율이 더욱 늘어나고 있는 실정이다.  By manual labor, the mass production rate is slow, but the defect rate reaches 30%. In addition, the addition of a common mode choke (co 瞧 on mode choke) is a more complicated structure that is increasing the failure rate.
도 4의 (a)는 분리형 트랜스포머를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 공통모드 초크가추가된 경우를 나타낸 것이다.  Figure 4 (a) shows a separate transformer, Figure 4 (b) shows a case in which the common mode choke is added.
도 4를 확인하면, 공통모드 초크가 추가된 경우 구조가 복잡한 것을 확인할 수 있다.  4, it can be seen that the structure is complicated when the common mode choke is added.
따라서 이러한 복잡한 구조에서도 불량률을 개선하고 자동양산이 가능한 트랜스포머의 구조를 개발할 필요가 있다.  Therefore, even in such a complicated structure, it is necessary to develop a structure of a transformer capable of improving the defect rate and automatically mass-producing.
페라이트 토로이달에 구리선을 감는 수작업을 탈피하기 위해 여러 가지 시도들이 존재한다. 대표적으로 "US8, 203, 418 B2"는 페라이트 토로이달을 FR4 다층 Attempts have been made to break the manual process of winding copper wire in ferrite toroidals. Representatively "US8, 203, 418 B2" FR4 multilayer ferrite toroidal
PCB 안에 삽입하여 바느질하듯 수 많은 비아홀을 사용하여 구리선을.감는 효과를 갖게 하지만 너무 많은 비아홀을 사용하며 선로의 많은 교차점이 발생하여 제품 단가가올라간다. 또한 "IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 28, No. 9, pp. 4182-4201, Sept . "에서는 반도체 웨이퍼 상에 구현하기도 한다. 또 다른 법으로 TDK appl ication note, "The New Reference LAN Pulse Transformerᅳ 에서 나타낸 것처럼 페라이트 보빈 (bobbin)에 에나멜 피복 구리선을 감은 후, 페라이트 커버를 사용하여 자속밀도 형성을 위한 c l osed l oop 방법으로도 구현한다. 이와 비슷한 방법으로 반도체 웨이퍼 상에 이증 인덕터 코일을 구현한 방법 "10-2006-7020659/10-2009-7004433/10-2013-7024946" 등이 존재하지만 마찬가지로 많은 교차점과 비아홀이 발생하는 구조이다. "Electronics PackagingIt has the effect of winding the copper wire by using a lot of via holes as if it is inserted into the PCB and sewn, but it uses too many via holes, and many intersections of the tracks increase the price of the product. "IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 28, No. 9, pp. 4182-4201, Sept." is also implemented on semiconductor wafers. Alternatively, wind the enamelled copper wire around a ferrite bobbin as shown in TDK application note, "The New Reference LAN Pulse Transformer," and then use the ferrite cover to cl osed l oop method for forming magnetic flux density. Similarly, there is a method such as "10-2006-7020659 / 10-2009-7004433 / 10-2013-7024946" which implements a binary inductor coil on a semiconductor wafer, but similarly, a structure in which many intersections and via holes occur. "Electronics Packaging
Manufacturing, IEEE Transactions, vol. 23, pp. 48-55, 에서는 웨이퍼 상에 사각형 페라이트층을 구현하여 그 위 /아래를 패턴으로 감싸는 형태로 구현하기도 한다. 마찬가지로 수 많은 비아홀과 교차점이 발생한다. 응용분야가 다르지만 이중 나선 (Doubl e Spi ral ) 권선 또는 "8"자형 권선을 언급한 특허 "US 7, 915, 992 B2, CNManufacturing, IEEE Transactions, vol. 23, pp. In 48-55, the rectangular ferrite layer is implemented on the wafer to form a pattern around the top and bottom. Similarly, many via holes and intersections occur. Patent "US 7, 915, 992 B2, CN, which mentions a double helix winding or" 8 "shaped winding, although with a different application.
1674173A, CN 102403096" 단일 선로로 연결되는 s ingle-ended 권선 구조이며, 이더넷 트랜스포머와 같은 CMRR Co隱 on Mode Rej ect i on Rat i o)이 중요한 차동 (di f ferent i al ) 권선 구조에는 적용할수.없다. 1674173A, CN 102403096 "s ingle-ended windings connected by a single line and can be applied to differential winding structures in which CMRR Co 隱 on Mode Rej ect i on Rat io, such as Ethernet transformers, are of importance. none.
【발명의 상세한 설명】 [Detailed Description of the Invention]
【기술적 과제】  [Technical problem]
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 대량 양산이 가능한 이중 나선형 평면 트랜스포머를 제공하는 것이다. 【기술적 해결방법】 The problem to be solved by the present invention is a double spiral plane capable of mass production To provide a transformer. Technical Solution
본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나선형 평면 트랜스포머는 서로 전자기 결합되는 한쌍의 코어를 갖는 코어부; 상기 한쌍의 코어 사이에 배치되고 서로 적층되는 복수의 기판으로 구성된 기판부; 및 상기 기판에 형성된 이증 나선 구조의 금속패턴을 포함하는 패턴부를 포함할수 있다.  A dual helical planar transformer according to an embodiment of the present invention includes a core part having a pair of cores electromagnetically coupled to each other; A substrate portion comprising a plurality of substrates disposed between the pair of cores and stacked on each other; And a pattern portion including a metal pattern of a binary spiral structure formed on the substrate.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나선형 평면 트랜스포머에서, 상기 기판부는 계 1 관통홀 및 제 2 관통홀을 포함하고, 상기 금속패턴은 상기 제 1 관통홀 주변 영역에 형성된 제 1 나선 및 상기 제 2 관통홀 주변 영역에 형성된 제 2 나선을 포함하고, 상기 제 1 나선과 제 2 나선은 일체로 연결되어 이중 나선을 형성할 수 있다.  In addition, in the double helical planar transformer according to an embodiment of the present invention, the substrate portion includes a first through hole and a second through hole, and the metal pattern includes a first spiral and the first spiral hole formed in an area around the first through hole. And a second helix formed in a region around a second through hole, wherein the first helix and the second helix are integrally connected to form a double helix.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이증 나선형 평면 트랜스포머에서, 상기 기판부는 다수의 비아홀이 형성된 제 1기판, 제 2기판, 제 3기판, 제 4기판, 및 제 5 기판이 순차로 적층되어 있으며, 상기 제 1 기판에는 제 1 이중 나선이 형성되고, 상기 제 2 기판에는 제 2 이증 나선이 형성되고, 상기 게 3 기판에는 제 3 이중 나선이 형성되고, 상기 게 4 기판에는 제 4 이중 나선이 형성되고, 상기 게 5 기판에는 상기 제 1 이중 나선 내지 제 4 이중 나선과 상기 비아홀을 통해 연결되는 연결단자 및 접지단자가 형성되고, 상기 연결단자는 상기 제 1 관통홀 주변 영역에 형성되고, 상기 접지단자는 상기 제 2 관통홀 주변 영역에 형성될 수 있다.  In addition, in a double-sided spiral planar transformer according to an embodiment of the present invention, the substrate portion may include a first substrate, a second substrate, a third substrate, a fourth substrate, and a fifth substrate sequentially stacked with a plurality of via holes. A first double helix is formed on the first substrate, a second double helix is formed on the second substrate, a third double helix is formed on the third substrate, and a fourth double helix is formed on the fourth substrate. And a connecting terminal and a ground terminal connected to the first double helix to the fourth double helix and the via hole in the crab 5 substrate, and the connecting terminal is formed in an area around the first through hole. The ground terminal may be formed in an area around the second through hole.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나선형 평면 트랜스포머에서, 상기 연결단자는 Τχ+ , Τχ—, Rx+ , Rx- 단자를 포함하고, 상기 제 1 이중 나선은 제 1 비아홀을 통해 상기 Tx+단자와 연결되고, 상기 제 2 이중 나선은 제 2 비아홀을 통해 상기 Τχ-단자와 연결되고, 상기 제 3 이중 나선은 거 13 비아홀을 통해 상기 Rx+단자와 연결되고, 상기 제 4 이중 나선은 계 4 비아홀을 통해 상기 Rx-단자와 연결될 수 있다.  In addition, in a double helical planar transformer according to an embodiment of the present invention, the connection terminal includes Τχ +, Τχ—, Rx +, Rx- terminals, and the first double helix is connected to the Tx + terminal through a first via hole. The second double helix is connected to the Τχ-terminal through a second via hole, the third double helix is connected to the Rx + terminal through a giant 13 via hole, and the fourth double helix is connected to the fourth via hole. It can be connected to the Rx terminal.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나선형 평면 트랜스포머에서, 상기 제 1 이중 나선 내지 제 4 이증 나선은 반시계 방향으로 형성될 수 있다.  In addition, in the double helical planar transformer according to an embodiment of the present invention, the first double helix to the fourth double helix may be formed in a counterclockwise direction.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이증 나선형 평면 트랜스포머에서, 상기 제 1 이중 나선은 반시계 방향으로 형성되고, 상기 제 2 이증 나선은 시계 방향으로 형성되고, 상기 제 3 이중 나선은 시계 방향으로 형성되고, 상기 제 4 이중 나선은 반시계 방향으로 형성될 수 있다.  Further, in a double-sided spiral flat transformer according to an embodiment of the present invention, the first double helix is formed counterclockwise, the second double helix is formed clockwise, and the third double helix is clockwise. The fourth double helix may be formed in a counterclockwise direction.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나선형 평면 트랜스포머에서, 상기 제 1 이중 나선은 시계 방향으로 형성되고, 상기 제 2 이중 나선은 반시계 방향으로 형성되고 상기 제 3 이중 나선은 시계 방향으로 형성되고, 상기 제 4 이중 나선은 반시계 방향으로 형성될 수 있다.  Further, in the double helical planar transformer according to an embodiment of the present invention, the first double helix is formed in a clockwise direction, the second double helix is formed in a counterclockwise direction, and the third double helix is formed in a clockwise direction. The fourth double helix may be formed in a counterclockwise direction.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이증 나선형 평면 트랜스포머에서, 상기 제 1 이중 나선은 시계 방향으로 형성되고, 상기 제 2 이중 나선은 시계 방향으로 형성되고, 상기 제 3 이중 나선은 반시계 방향으로 형성되고, 상기 제 4 이중 나선은 반시계 방향으로 형성될 수 있다. Further, in a double-sided spiral flat transformer according to an embodiment of the present invention, the first double helix is formed in a clockwise direction, the second double helix is formed in a clockwise direction, and the third double helix is made in a counterclockwise direction. Formed, the fourth double helix It may be formed counterclockwise.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나선형 평면 트랜스포머에서, 상기 접지단자는 제 1 접지단자 및 제 2 접지단자를 포함하고, 상기 거 U 이중 나선과 제 2 이중 나선은 상기 제 1 접지단자를 통해 연결되고, 상기 제 3 이중 나선과 제 4 이중 나선은사기 제 2 접지단자를 통해 연결될 수 있다.  In addition, in the double helical planar transformer according to an embodiment of the present invention, the ground terminal includes a first ground terminal and a second ground terminal, the giant U double helix and the second double helix is the first ground terminal The third double helix and the fourth double helix may be connected through a fraudulent second ground terminal.
【발명의 효과】 【Effects of the Invention】
본 발명의 실시예에 의하면, 이더넷 트랜스포머에 내장되는 토로이달에 권선하는 수작업을 자동화할 수 있다.  According to an embodiment of the present invention, the manual winding of the toroidal embedded in the Ethernet transformer can be automated.
또한, 본 발명에 의하면, 토로이달의 권선 수작업으로 인한 이더넷 트랜스포머의 불량율을 개선할수 있다.  In addition, according to the present invention, it is possible to improve the defective rate of the Ethernet transformer due to the manual winding of the toroidal.
또한, 본 발명에 의하면, PCB의 패턴으로만 구성되기 때문에 생산 수률 (yield)이 우수하다.  In addition, according to the present invention, since it is composed only of the pattern of the PCB, the yield is excellent.
또한, 본 발명에 의하면, PCB 설계 기법을 사용하므로 기존 이더넷 트랜스포머 보다 성능이 우수하다.  In addition, according to the present invention, because the PCB design technique is used, the performance is superior to the conventional Ethernet transformer.
또한, 본 발명에 의하면, 기존 평면형 이더넷 트랜스포머에 비해 단순한 제작공정으로 인한 대량 양산이 가능하고 양산성이 우수하다.  In addition, according to the present invention, it is possible to mass-produce due to a simple manufacturing process compared to the existing planar Ethernet transformer, and mass production is excellent.
또한, 본 발명에 의하면 기존 평면형 이더넷 트랜스포머에 비해 더 적은 PCB 비아홀과 더 적은 선로 패턴 교차점을 갖는다.  In addition, the present invention has fewer PCB via holes and fewer line pattern intersections than conventional planar Ethernet transformers.
또한, 본 발명에 의하면, 토로이달과 같은 폐 루프 페라이트를 사용하지 않으므로 양산성이 우수하다.  In addition, according to the present invention, since no closed loop ferrite such as toroidal is used, mass productivity is excellent.
또한, 본 발명에 의하면, 기존 s ingle-ended의 이중나선 권선 또는 "8자'' 권선에 비해 트랜스포머의 성능이 우수하다.  In addition, according to the present invention, the performance of the transformer is superior to the conventional s ingle-ended double helix winding or "8-shaped" winding.
또한, 본 발명에 의하면, PCB의 실효 유전율 특성에 따라 더 작게 소형화가 가능하고, 반도체 공정에 적용이 가능하다.  In addition, according to the present invention, it is possible to miniaturize smaller according to the effective dielectric constant characteristics of the PCB, it can be applied to the semiconductor process.
【도면의 간단한 설명】 [Brief Description of Drawings]
도 1은 종래기술에 따른 이더넷 트랜스포머의 등가 모델을 나타낸 것이다. 도 2는 종래기술에 따른 100 Base T 이더넷 트랜스포머의 회로도를 나타낸 것이다.  1 shows an equivalent model of an Ethernet transformer according to the prior art. 2 shows a circuit diagram of a 100 Base T Ethernet transformer according to the prior art.
도 3은 종래의 이더넷 트랜스포머 내의 페라이트 토로이달의 구조를 나타낸 것이다.  Figure 3 shows the structure of a ferrite toroidal in a conventional Ethernet transformer.
도 4는 공통모드초크가 추가된 페라이트 토로이달 구조를 나타낸 것이다. 도 5는 본 발명을 설명하기 위한사각형 토로이달 구조를 나타낸 것이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중 나선형 트랜스포머의 분해 사시도를 나타낸 것이다.  4 shows a ferrite toroidal structure to which common mode chokes have been added. Figure 5 shows a rectangular toroidal structure for explaining the present invention. 6 is an exploded perspective view of a double helical transformer according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이중 나선형 평면 트랜스포머에서 기판부를 제거한 형상을 나타낸 것이다. 도 8 내지 도 11은 다양한 권선방법의 다양한 실시예를 나타낸 것이다. 7 is a view illustrating a shape in which a substrate is removed from a double helical planar transformer according to an exemplary embodiment of the present invention. 8 to 11 show various embodiments of various winding methods.
도 12는 이중 나선 구조의 평면 트랜스포머의 자속밀도를 나타낸 것이다. 도 13은 이중 나선 구조의 평면 트랜스포머의 자기장 분포를 나타낸 것이다. 도 14는 이중 나선 구조의 평면 트랜스포머의 페라이트 코어에 대한 유효 투자률 분포를 나타낸 것이다.  12 shows the magnetic flux density of a planar transformer having a double helix structure. Figure 13 shows the magnetic field distribution of a planar transformer of a double helix structure. FIG. 14 shows the effective permeability distribution for the ferrite cores of a double helical planar transformer.
【발명의 실시를 위한 최선의 형태】 [Best form for implementation of the invention]
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.  As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
도면들에 있어서 , 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.  In the drawings, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, and are exaggerated for clarity. Although specific terms have been used herein, they are used for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or the claims.
본 명세서에서 '및 /또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는 /결합되는'이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다ᅳ 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다'또는 The expression 'and / or' is used herein to mean at least one of the components listed before and after. In addition, the expression 'connected / coupled' is used to mean that it is connected directly to other components or indirectly through other components. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural unless the context clearly dictates otherwise.
'포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다. Components, steps, operations and elements referred to as 'comprising' means the presence or addition of one or more other components, steps, operations and elements.
또한, '제 1, 제 2 ' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.  Also, expressions such as 'first' and 'second' are used only for distinguishing a plurality of components, and do not limit the order or other features between the components.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층 (막) , 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층 (막) , 영역, 패드 또는 패턴들의 "상 /위 (on) "에 또는 "하 /아래 (under ) "에 형성된다는 기재는, 직접 (di rect ly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상 /위 또는 하 /아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이중 나선형 평면 트랜스포머 및 판단 방법을 상세히 설명한다.  In the description of the embodiments, each layer (region), region, pattern or structures may be "under" or "under" the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. "Formed in" includes both those formed directly (di rect ly) or through other layers. The criteria for up / down or down / down of each layer will be described with reference to the drawings. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the double spiral planar transformer and the determination method according to an embodiment of the present invention.
도 5는 이중 나선형 평면 트랜스포머를 구현하기 위한 사각형 토로이달 구조를 나타낸 것이다.  Figure 5 shows a rectangular toroidal structure for implementing a double helical planar transformer.
도 5를 참조하면, 종래의 원형의 토로이달을 사격형 형태로 변형되어 있는 것을 확인할 수 있다. Referring to Figure 5, the conventional toroidal is deformed in the form of a fire You can see that.
권선을 균등하게 모으면 이중 나선 (double spiral) 구조 또는 "8"자 구조가 되는데, 모든 이중 나선 구조는 토로이달 구조가 기본임을 알수 있다.  If the windings are evenly gathered, a double spiral or "8" shape can be seen. All double helixes are basic toroidal structures.
그러나 이증 나선 구조를 차동 (differential) 구조로 구현한 사례는 없고 또한 이더넷 트랜스포머에 적용한사례도 없다.  However, there have been no cases where the differential helix structure is implemented as a differential structure and there is no case applied to the Ethernet transformer.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나선형 평면 트랜스포머의 분해 사시도를 나타낸 것으로, 도 6과 같은 사각형 형태의 페라이트 구조를 평면형태로 구현한 것이다.  6 is an exploded perspective view of a double helical planar transformer according to an exemplary embodiment of the present invention, and implements a rectangular ferrite structure as shown in FIG. 6 in a planar form.
도 7은 본 발명에 따론 이중 나선형 평면 트랜스포머에서 기판부를 제거한 형상을 나타낸 것이고, 도 8 내지 도 11은 다양한 권선방법을 나타낸 것이다.  7 illustrates a shape in which a substrate is removed from a double helical planar transformer according to the present invention, and FIGS. 8 to 11 illustrate various winding methods.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 평면형 트랜스포머는 코어부 (10), 기판부 (20) 및 패턴부 (30)을 포함한다.  6 and 7, a planar transformer according to an embodiment of the present invention includes a core portion 10, a substrate portion 20, and a pattern portion 30.
상기 코어부 (10)는 서로 전자기 결합하는 한쌍의 페라이트 코어 (11, 12)로 구성될 수 있다. 즉, 상부 코어 (11)와 하부코어 (12)가 결합된 형태이다. 상기 상부 코어 (11)와 하부 코어 (12)는 각각 양쪽 끝단이 돌출된 돌출부 (13, 14)가 형성되어 있으며, 돌출부 (13, 14))는 원형의 형상일 수 있다.  The core portion 10 may be composed of a pair of ferrite cores 11 and 12 electromagnetically coupled to each other. That is, the upper core 11 and the lower core 12 are combined. Each of the upper core 11 and the lower core 12 has protrusions 13 and 14 protruding from both ends thereof, and the protrusions 13 and 14 may have a circular shape.
상기 돌출부 (13, 14)는 기판부 (20)에 형성된 관통홀 (HI, H2)을 각각 관통하며, 상기 관통홀 (HI, H2) 주위로 나선형의 패턴이 형성된다.  The protrusions 13 and 14 penetrate through the through holes HI and H2 formed in the substrate 20, respectively, and a spiral pattern is formed around the through holes HI and H2.
상기 기판부 (20)는 제 1 기판 (21) 내지 제 5 기판 (25)을 포함할 수 있다. 상기 각각의 기판 (21, 22, 23, 24, 25)는 순차적으로 적층될 수 있으며, 각각의 기판에는 제 1 관통홀 (HI) 및 제 2 관통홀 (H2)이 형성될 수 있다.  The substrate unit 20 may include a first substrate 21 to a fifth substrate 25. Each of the substrates 21, 22, 23, 24, and 25 may be sequentially stacked, and each of the substrates may include a first through hole HI and a second through hole H2.
상기 각각의 기판에 형성된 관통홀 주변 영역에는 다수의 비아홀이 형성될 수 있다.  A plurality of via holes may be formed in a region around the through holes formed in each of the substrates.
상기 거 U 관통홀 주변에는 제 1 내지 제 4 비아홀 (vl, v2, v3, v4)이 형성되며, 상기 계 2 관통홀 주변에는 게 5 내지 제 8 비아홀 (v5, v6, v7, v8)이 형성될 수 있다. 상기 기판부 (20)는 직사각형태로 일 방향으로 긴 형상이고, 직사각형에서 길이가 긴 쪽 가장자리에는 다수의 홈이 형성될 수 있다.  First to fourth via holes (vl, v2, v3, and v4) are formed around the U through hole, and crab 5 to 8 via holes (v5, v6, v7, and v8) are formed around the second through hole. Can be. The substrate portion 20 is rectangular in shape and long in one direction, and a plurality of grooves may be formed at the edge of the rectangular length.
상기 각각의 기판에는 관통홀 주변으로 이중 나선 구조의 패턴이 형성될 수 있다. 즉, 상기 패턴부 (30)는 제 1 패턴 (31) 내지 제 4 패턴 (34)올 포함하며, 각각의 패턴은 상기 제 1 기판 (21) 내지 제 4 기판 (24)에 이중 나선형 구조로 형성될 수 있다. 각각의 패턴은 금속패턴일 수 있다.  Each of the substrates may have a double spiral pattern formed around the through hole. That is, the pattern portion 30 includes the first pattern 31 to the fourth pattern 34, and each pattern is formed in a double spiral structure on the first substrate 21 to the fourth substrate 24. Can be. Each pattern may be a metal pattern.
그리고 상기 게 5 기판 (25)에는 각각의 패턴 (31, 32, 33, 34)과 연결되는 연결단자 (251, 252, 253, 254) 및 접지단자 (255, 256)들이 형성되고, 상기 단자들이 형성된 이외의 영역에는 솔더마스크 (257)가 형성되어 있어 회로를 보호한다.  In addition, connecting terminals 251, 252, 253, 254 and ground terminals 255, 256, which are connected to the respective patterns 31, 32, 33, and 34, are formed on the substrate 5. Solder masks 257 are formed in regions other than the formed portions to protect the circuits.
도면번호 251은 송신단의 Tx+ 단자일 수 있고, 도면번호 252는 송신단의 Τχ- 단자일 수 있다.  Reference numeral 251 may be a Tx + terminal of the transmitting end, and reference numeral 252 may be a Τχ- terminal of the transmitting end.
도면번호 253은 수신단의 Rx+ 단자일 수 있고, 도면번호 254는 수신단의 Rx- 단자일 수 있다. 도면번호 255는 송신단의 접지단자 (Tx GND)일 수 있고, 도면번호 256은 수신단의 접지단자 (Rx GND)일 수 있다. Reference numeral 253 may be an Rx + terminal of the receiving end, and reference numeral 254 may be an Rx- terminal of the receiving end. Reference numeral 255 may be a ground terminal (Tx GND) of the transmitter, and reference numeral 256 may be a ground terminal (Rx GND) of the receiver.
다시 패턴구조를 살펴보면, 상기 제 1 패턴 (31)은 제 1 기판 (21)에 형성되고, 상기 제 1 비아홀 (vl)을 통해 Tx+단자 (251)에 연결될 수 있다.  Referring to the pattern structure again, the first pattern 31 may be formed in the first substrate 21 and connected to the Tx + terminal 251 through the first via hole vl.
상기 제 2 패턴 (32)은 제 2 기판 (22)에 형성되고, 상기 계 2 비아홀 (ν2)을 통해 Tx-단자 (252)에 연결될 수 있다.  The second pattern 32 may be formed in the second substrate 22 and may be connected to the Tx terminal 252 through the second via hole ν2.
상기 제 3 패턴 (33)은 제 3 기판 (23)에 형성되고, 상기 계 3 비아홀 (v3)을 통해 Rx+단자 (253)에 연결될 수 있다.  The third pattern 33 may be formed on the third substrate 23 and may be connected to the Rx + terminal 253 through the third via hole v3.
상기 제 4 패턴 (34)은 제 4 기판 (24)에 형성되고, 상기 제 4 비아홀 (v4)을 통해 Rx-단자 (254)에 연결될 수 있다. The fourth pattern 34 may be formed in the fourth substrate 24 and connected to the Rx terminal 254 through the fourth via hole v 4.
즉, 제 1 패턴 (31)은 Tx+ 이중 나선 권선이고, 제 2 패턴 (32)은 Tx- 이중 나선 권선이고, 제 3 패턴 (33)은 Rx+ 이중 나선 권선이고, 제 4 패턴 (34)은 Rx- 이증 나선 권선일 수 있다. 즉, 상기와 같은 구조에 의해, 제 1 기판 (21)에 형성된 Tx+ 이중 나선 권선 (31)과 제 2 기판 (22)에 형성된 Tx- 이증 나선 권선 (32)은 제 5 , 6비아홀 (v5 , v5) 및 Tx 접지단자 (255)를 통해 연결된다.  That is, the first pattern 31 is a Tx + double helix winding, the second pattern 32 is a Tx− double helix winding, the third pattern 33 is an Rx + double helix winding, and the fourth pattern 34 is Rx -Can be a double helix winding. That is, according to the structure as described above, the Tx + double helix winding 31 formed on the first substrate 21 and the Tx- double spiral winding 32 formed on the second substrate 22 are formed by the fifth, six via holes v5, v5) and Tx ground terminal (255).
제 4 기판 (24)에 형성된 Rx+ 이증 나선 권선 (34)과 제 5 기판 (25)에 형성된 Rx- 이중 나선 권선 (35)은 제 7, 8 비아홀 07, v8) 및 Rx 접지단자 (256)를 통해 연결된다.  The Rx + dual helix winding 34 formed on the fourth substrate 24 and the Rx double helix winding 35 formed on the fifth substrate 25 connect the seventh, eight via holes 07, v8 and the Rx ground terminal 256. Connected through.
각각의 송신단과 수신단 권선은 페라이트 코어 상단과 하단이 결합되어 자속밀도가 형성되어 신호의 전송이 이루어진다. 즉 Tx+와 Tx-단자에 이더넷 차동 신호가 인가되면 Tx 권선전류로 인한 자기장이 페라이트 코어의 자속밀도에 의해 자기장이 생성되어 Rx 권선에 전류를 흐르게 하여 이더넷 신호를 수신한다. 이때 Tx+와 Tx-에 유기된 잡음 신호는 동 위상이므로 Tx 접지단자를 통해 접지로 빠져나가 상쇄된다. 이때, 상하단의 페라이트 코어는 정확히 밀착되어 있는 상태이어야 한다.  Each transmitting end and receiving end winding is combined with the upper and lower ends of the ferrite core to form a magnetic flux density to transmit signals. That is, when the Ethernet differential signal is applied to the Tx + and Tx- terminals, the magnetic field due to the Tx winding current generates a magnetic field by the magnetic flux density of the ferrite core and receives the Ethernet signal by flowing a current through the Rx winding. At this time, since the noise signal induced by Tx + and Tx- is in phase, the signal exits to ground through the Tx ground terminal and cancels out. At this time, the upper and lower ferrite core should be in close contact with each other.
상기 패턴부 (30)를 구성하는 각각의 패턴은 이중 나선 구조로 2개의 패턴이 있는 것처럼 보이지만 하나의 패턴이 연결되어 있는 구조이다. 이는 도 7을 참조하면 쉽게 확인할 수 있다.  Each pattern constituting the pattern portion 30 is a double helix structure, but it appears that there are two patterns, but one pattern is connected. This can be easily confirmed with reference to FIG. 7.
도 7을 참조하면, 패턴 (30)은 이중 나선형 구조로 페라이트 코어부 ( 10)의 양쪽 가장자리를 감싸고 있고, 패턴은 하나로 연결되어 있는 것을 확인할수 있다. 상기와 같은 구조에 의해 최소 교차점 (X)을 갖는 이증 나선형 구조의 평면 트랜스포머를 구현할 수 있다.  Referring to FIG. 7, the pattern 30 surrounds both edges of the ferrite core part 10 in a double spiral structure, and the patterns are connected to one. Such a structure can realize a planar transformer of a binary helical structure having a minimum intersection point (X).
도 7 내지 도 11의 패턴의 양쪽 끝단은 제 1 기판 (21)에 형성되어 있는 단자들 (251, 252, 253 , 254, 255 , 256)과는 상이한 구성이지만, 패턴의 양쪽 끝단은 모두 상기 단자들과 연결되므로 동일한도면 부호를 사용하였다.  Both ends of the pattern of FIGS. 7 to 11 are different from the terminals 251, 252, 253, 254, 255, and 256 formed on the first substrate 21, but both ends of the pattern are the terminals. Since the same reference numerals are used.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 도 8은 최소의 교차점을 갖는 이중 나선 평면 트랜스포머의 일 실시예로, 송신단의 Tx+와 Tx- 모두 반시계 방향의 권선이고 TX GND에서 서로 연결된다. 또한, 수신단의 Rx+와 Rxᅳ도 반시계 방향의 권선이고 RX GND에서 서로 연결된다. 8 to 11, FIG. 8 is an embodiment of a double-helical planar transformer having a minimum intersection point, in which both Tx + and Tx- of the transmitting end are windings in a counterclockwise direction and TX Are connected to each other at GND. Also, Rx + and Rx 'at the receiving end are also counterclockwise windings and are connected to each other at RX GND.
도 9는 최소의 교차점을 갖는 이중 나선 평면 트랜스포머의 다른 일 실시예로, 송신단의 Tx+가 반시계 방향, Τχ—가 시계 방향의 권선이고 TX GND에서 서로 연결된다. 또한 수신다의 Rx+가 시계 방향, Rx-가 반시계 방향의 권선이고 RX GND에서 서로 연결된다.  9 is another embodiment of a double helix planar transformer having a minimum cross point, where Tx + of the transmitting end is a counterclockwise direction, Τχ— is a clockwise winding and is connected to each other at TX GND. Also, Rx + in the receiver is clockwise, Rx- is the counterclockwise winding and connected to each other at RX GND.
도 10은 최소의 교차점을 갖는 이중 나선 평면 트랜스포머의 또 다른 일 실시예로, 송신단의 Tx+가 시계 방향, Τχ-가 반시계 방향의 권선이고 TX GND에서 서로 연결된다. 또한 수신단의 Rx+가 시계 방향, Rx-가 반시계 방향의 권선이고 RX GND에서 서로 연결된다.  10 is another embodiment of a double helix planar transformer having a minimum cross point, where Tx + of the transmitter is clockwise and Τχ- is a winding in a counterclockwise direction and is connected to each other at TX GND. Also, Rx + at the receiving end is clockwise and Rx- is the counterclockwise winding and is connected to each other at RX GND.
도 11은 최소의 교차점을 갖는 이중 나선 평면 트랜스포머의 또 다른 일 실시예로, 송신단의 Tx+가 시계 방향, Τχ-가 시계 방향의 권선이고 TX GND에서 서로 연결된다. 또한 수신단의 Rx+가 반시계 방향, Rx-가 반시계 방향의 권선이고 RX GND에서 서로 연결된다.  11 is another embodiment of a double helix planar transformer with a minimum cross point, where Tx + of the transmit end is clockwise and Τχ- is a winding in the clockwise direction and connected to each other at TX GND. In addition, Rx + at the receiving end is counterclockwise, Rx- is the counterclockwise winding and connected at RX GND.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 이중 나선형 트랜스포머의 시물레이션 결과를 나타낸 것으로, 도 12는 이중 나선 구조의 평면 트랜스포머의 자속밀도를 나타낸 것이고, 도 13은 이중 나선 구조의 평면 트랜스포머의 자기장 분포를 나타낸 것이고, 도 14는 이중 나선 구조의 평면 트랜스포머의 페라이트 코어에 대한 유효 투자율 분포를 나타낸 것이다.  12 to 14 show simulation results of a double helical transformer according to an embodiment of the present invention, FIG. 12 shows the magnetic flux density of a planar transformer of a double helix structure, and FIG. 13 shows a magnetic field of a planar transformer of a double helix structure. FIG. 14 shows the effective permeability distribution for the ferrite core of the double-helix planar transformer.
도 12 및 도 13을 참조하면 페라이트 코어에 자속 및 자기장에 에 해당하는 화살표가조밀하게 채워져 있어 잘 동작하는 것을 확인할 수 있다.  12 and 13, ferrite cores are densely packed with arrows corresponding to magnetic fluxes and magnetic fields, and thus, the ferrite cores work well.
그리고 도 14에서는 붉은색이 질을수록 투자율이 높은 것을 나타낸다. 이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.  In FIG. 14, the higher the red color, the higher the permeability. Although embodiments according to the present invention have been described above, these are merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments of the present invention are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the following claims.

Claims

【청구범위】 [Claim]
【청구항 1】  [Claim 1]
서로 전자기 결합되는 한쌍의 코어를 갖는 코어부;  A core part having a pair of cores electromagnetically coupled to each other;
상기 한 쌍의 코어 사이에 배치되고 서로 적층되는 복수의 기판으로 구성된 기판부; 상기 기판에 형성된 이중 나선 구조의 금속패턴을 포함하는 패턴부를 포함하는 이중 나선형 평면 트랜스포머. A substrate portion comprising a plurality of substrates disposed between the pair of cores and stacked on each other; A double helical planar transformer comprising a pattern portion including a metal pattern of a double helix structure formed on the substrate.
【청구항 2] [Claim 2]
제 1항에 있어서,  The method of claim 1,
상기 기판부는 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀을 포함하고,  The substrate portion includes a first through hole and a second through hole,
상기 금속패턴은 상기 제 1 관통홀 주변 영역에 형성된 제 1 나선 및 상기 제 2 관통홀 주변 영역에 형성된 계 2 나선을 포함하고, 상기 게 1 나선과 제 2 나선은 일체로 연결되어 이중 나선을 형성하는 이중 나선형 평면 트랜스포머.  The metal pattern includes a first helix formed in an area around the first through hole and a second helix formed in an area around the second through hole, and the first helix and the second helix are integrally connected to form a double helix. Double spiral flat transformer.
【청구항 3】 [Claim 3]
제 2항에 있어서,  The method of claim 2,
상기 기판부는 다수의 비아홀이 형성된 제 1기판, 제 2기판, 제 3기판, 제 4기판, 및 제 5 기판이 순차로 적층되어 있으며 ,  The substrate part may include a first substrate, a second substrate, a third substrate, a fourth substrate, and a fifth substrate on which a plurality of via holes are formed, sequentially stacked.
상기 제 1 기판에는 제 1 이증 나선이 형성되고  A first binary helix is formed on the first substrate
상기 제 2 기판에는 게 2 이중 나선이 형성되고  Two double helixes are formed on the second substrate.
상기 제 3 기판에는 계 3 이중 나선이 형성되고,  A third triple helix is formed on the third substrate,
상기 제 4 기판에는 제 4 이중 나선이 형성되고,  A fourth double helix is formed on the fourth substrate,
상기 게 5 기판에는 상기 제 1 이중 나선 내지 제 4 이중 나선과 상기 비아홀을 통해 연결되는 연결단자 및 접지단자가 형성되고,  The crab 5 substrate is formed with a connection terminal and a ground terminal connected to the first double helix through the fourth double helix and the via hole,
상기 연결단자는 상기 제 1 관통홀 주변 영역에 형성되고, 상기 접지단자는 상기 제 2 관통홀 주변 영역에 형성되는 이중 나선형 평면 트랜스포머.  The connection terminal is formed in a region around the first through hole, the ground terminal is a double helical planar transformer formed in the region around the second through hole.
【청구항 4] [Claim 4]
제 3항에 있어서,  The method of claim 3, wherein
상기 연결단자는 Τχ+ , Τχ- , Rx+ , Rx- 단자를 포함하고,  The connection terminal includes a Τχ +, Τχ-, Rx +, Rx- terminal,
상기 제 1 이중 나선은 제 1 비아홀을 통해 상기 Tx+단자와 연결되고, 상기 제 2 이증 나선은 제 2 비아홀을 통해 상기 Τχ-단자와 연결되고, 상기 제 3 이중 나선은 제 3 비아홀을 통해 상기 Rx+단자와 연결되고, 상기 제 4 이중 나선은 제 4 비아홀을 통해 상기 Rx-단자와 연결되는 이중 나선형 평면 트랜스포머.  The first double helix is connected to the Tx + terminal through a first via hole, the second double helix is connected to the Τχ- terminal through a second via hole, and the third double helix is connected to the Rx + through a third via hole. A double helical planar transformer connected to the terminal and the fourth double helix connected to the Rx terminal through a fourth via hole.
【청구항 5】 [Claim 5]
제 3항에 있어서, 상기 제 1 이증 나선 내지 제 4 이증 나선은 반시계 방향으로 형성된 이중 나선 형 평면 트랜스포머. The method of claim 3, Wherein the first to fourth double helixes are formed in a counterclockwise direction.
【청구항 6】 [Claim 6]
제 3항에 있어세  Tax in Clause 3
상기 제 1 이중 나선은 반시계 방향으로 형성되고,  The first double helix is formed in a counterclockwise direction;
상기 제 2 이중 나선은 시계 방향으로 형성되고,  The second double helix is formed in a clockwise direction;
상기 제 3 이중 나선은 시계 방향으로 형성되고,  The third double helix is formed in a clockwise direction,
상기 제 4 이중 나선은 반시계 방향으로 형성된 이중 나선형 평면 트랜스포머.  Wherein said fourth double helix is formed counterclockwise.
【청구항 7】 [Claim 7]
제 3항에 있어서,  The method of claim 3,
상기 제 1 이중 나선은 시계 방향으로 형성되고,  The first double helix is formed in a clockwise direction;
상기 제 2 이중 나선은 반시계 방향으로 형성되고,  The second double helix is formed counterclockwise;
상기 제 3 이중 나선은 시계 방향으로 형성되고,  The third double helix is formed clockwise;
상기 계 4 이중 나선은 반시계 방향으로 형성된 이중 나선형 평면 트랜스포머.  The double helix is a double spiral planar transformer formed in the counterclockwise direction.
【청구항 8】 [Claim 8]
제 3항에 있어서,  The method of claim 3,
상기 제 1 이중 나선은 시계 방향으로 형성되고,  The first double helix is formed in a clockwise direction;
상기 제 2 이중 나선은 시계 방향으로 형성되고,  The second double helix is formed in a clockwise direction;
상기 제 3 이중 나선은 반시계 방향으로 형성되고,  The third double helix is formed counterclockwise;
상기 제 4 이중 나선은 반시계 방향으로 형성된 이중 나선형 평면 트랜스포머.  Wherein said fourth double helix is formed counterclockwise.
【청구항 9】 [Claim 9]
제 3항에 있어서,  The method of claim 3,
상기 접지단자는 제 1 접지단자 및 제 2 접지단자를 포함하고,  The ground terminal includes a first ground terminal and a second ground terminal,
상기 제 1 이중 나선과 제 2 이중 나선은 상기 제 1 접지단자를 통해 연결되고, 상기 게 3 이중 나선과 제 4 이증 나선은 사기 제 2 접지단자를 통해 연결되는 이중 나선형 평면 트랜스포머 .  Wherein the first double helix and the second double helix are connected through the first ground terminal, and the third double helix and the fourth double helix are connected via a second ground terminal.
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