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DE4306416A1 - Coil structure for a printed circuit board arrangement - Google Patents

Coil structure for a printed circuit board arrangement

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DE4306416A1
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Reinhard Berfelde
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Fuba Hans Kolbe and Co
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Abstract

It is known for conductor tracks on printed circuits to be structured so that they form significant inductances. The electrical values of the spiral or meandering printed flat coils are in the orders of magnitude of comparable conventional coil designs. The disadvantage in this case is primarily that the two-dimensional construction results in a relevatively large space requirement on the surface of the board and that the use of ferrite cores and trimming are virtually impossible. The printed coil according to the invention consists of in each case one group of parallel conductor track sections 2, 3 on the two side surfaces of a double-sided printed circuit board 1 or on the outer surfaces of a multilayer arrangement, and of through-plated holes 4 which connect the conductor track sections 2 and 3 to form a helix with a rectangular cross-section. The principle also allows bifilar structures and the design of highly effective transformers. A ferrite core can be inserted axially - as in the case of air-cored coils - for trimming and in order to increase the inductance, for example if a slot 5 is arranged in the board material between the conductor tracks, or a passage is arranged within the multilayer construction. The structures according to the invention are virtually equivalent to conventional coils but have technological and cost advantages. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Spulenstruktur in gedruckter Ausführung, die unter Anwendung der möglichen Leitungswege bei gedruckten und plattierten Leiterplatten und bei Mehrlagenanordnungen (Multilayer) ausgebildet ist.The invention relates to a printed coil structure Execution using the possible conduction routes for printed and plated circuit boards and for Multi-layer arrangements (multilayer) is formed.

Spulen, die als Flachspulen nach dem Prinzip der gedruckten Schaltung einseitig auf die Oberfläche einer Leiterplatte aufgebracht werden, sind bekannt. Man bezweckt damit, den Anteil der bedrahteten Bauteile bei der Herstellung gedruckter Schaltungen zu senken. Weitere Beispiele für passive Elemente, die kostenmindernd in die Leiterstruktur und in den Fertigungsprozeß von Schaltungsplatinen integriert werden, sind Übertrager und Kondensatoren.Coils that are printed as flat coils on the principle of Circuit on one side on the surface of a circuit board are applied are known. The purpose is to Share of the wired components in the production lower printed circuits. More examples of passive elements that reduce costs in the ladder structure and integrated into the manufacturing process of circuit boards are transformers and capacitors.

Stellvertretend für den der Erfindung zugrunde liegenden Stand der Technik werden hier zwei Schaltungsanordnungen aufgeführt:Representing the basis of the invention State of the art here are two circuit arrangements listed:

Im DE-Patent Nr. 25 23 002 sind Induktivitäten angegeben, deren Windungen rechteckig/spiralig auf eine Seite einer Leiterplatte auf gedruckt sind.DE Patent No. 25 23 002 specifies inductors whose turns are rectangular / spiral on one side of a Printed circuit board are printed on.

Im DE-Patent Nr. 14 66 505 ist ein Hochfrequenz-Transformator (Guanella-Übertrager) beschrieben, der aus je zwei Paaren mäanderförmiger Wicklungen (Spulen) auf den beiden gegenüberliegenden Seiten einer Trägerfolie mit einander kreuzender Parallelschaltung besteht. Die Kopplung erfolgt über das dielektrische Trägermaterial.In DE Patent No. 14 66 505 is a high-frequency transformer (Guanella transformer), which consists of two pairs meandering windings (coils) on the two opposite sides of a carrier film with each other crossing parallel connection exists. The coupling takes place over the dielectric substrate.

Die elektrischen Werte derartiger Anordnungen reichen oft an die von entsprechenden Bauelementen in herkömmlicher Ausführung heran; darüber hinaus bieten sie für bestimmte Anwendungen den Vorteil der extrem flachen Bauweise.The electrical values of such arrangements are often sufficient that of corresponding components in conventional Execution approach; they also offer for certain Applications the advantage of the extremely flat design.

So ist die Anordnung nach P 25 23 002 Bestandteil eines Resonanzkreises, wie er bei elektronischen Systemen zur Sicherung gegen Diebstahl in Warenhäusern verwendet wird. The arrangement according to P 25 23 002 is part of a Resonance circuit, as in electronic systems for Protection against theft is used in department stores.  

Die Schaltung ist auf eine Karte oder ein Folienstück aufgebracht, die - für den Laien als nicht solche erkennbar - an dem zu schützenden Objekt befestigt werden.The circuit is on a card or a piece of film angry, which - for the layman not recognizable as such - be attached to the object to be protected.

Der Schaltungsaufbau ohne Teile, die über die Oberfläche der Platine herausragen, erweist sich ebenfalls als besonders günstig bei den Mehrlagenschaltungen (Multilayer).The circuit structure with no parts covering the surface of the Sticking out the circuit board also proves to be special favorable for multi-layer circuits (multilayer).

Die Nachteile der bekannten quasi zweidimensionalen Ausführungen von Bauelementen auf Leiterplatten resultieren vor allem aus dem relativ großen Platzbedarf auf der Platinenfläche im Gegensatz zu den herkömmlichen Bestückungsbauelementen mit vergleichbaren Parametern. Hinzu kommen Grenzen in der Variabilität des mechanischen und elektrischen Aufbaus und, z. B. bei den auf gedruckten Spulen, Probleme bei Abstimmung und Abgleich. Die Verwendung von Ferritkernen ist bei gedruckten Spulen der bekannten Technik fast gänzlich unmöglich oder zumindest kompliziert zu realisieren.The disadvantages of the known quasi two-dimensional This results in the execution of components on printed circuit boards especially from the relatively large space requirement on the Board area in contrast to the conventional Assembly components with comparable parameters. There are also limits to the variability of the mechanical and electrical construction and, for. B. on the printed spools, Problems with reconciliation and reconciliation. The use of Ferrite cores are known technology in printed coils almost completely impossible or at least complicated to realize.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Flächenbedarf für Spulen und Hochfrequenz-Übertrager in gedruckter Ausführung zu verringern und eine einfache Möglichkeit für die Anordnung von Ferritkernen zur Erhöhung der Induktivität und bzw. oder zum Abgleich zu schaffen.The invention has for its object the area requirement for coils and high frequency transmitters in printed Reduce execution and an easy way for the arrangement of ferrite cores to increase the inductance and or or to create a comparison.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsvarianten.This object is achieved with the in the characterizing Part of the main claim specified features solved. The sub-claims contain preferred design variants.

Mit dem erfindungsgemäßen Prinzip können kostengünstig Spulen hergestellt werden, deren elektrische Eigenschaften gleich denen z. B. von Luftspulen mit demselben Flächenbedarf (in der Projektion) auf der Platine sind. Ebenso bereitet es keine Schwierigkeiten, in die erfindungsgemäßen Spulen - die nun auch bei gedruckter Ausführung einen Wicklungsquerschnitt und eine Längserstreckung in Achsrichtung haben - in dem für die Beeinflussung des Feldlinienverlaufs günstigsten Bereich einer Spule, axial, einen Ferritkern zur Erhöhung der Induktivität und zum Abgleich einzuführen. Bei Übertragern, die mit bifilar geführten Wendeln gemäß der Erfindung aufgebaut sind, werden Werte für den Kopplungs­ faktor erreicht, wie sie beim Aufbau mit Luftspulen gleichen Platzbedarfs üblich sind.With the principle according to the invention, coils can be inexpensively are produced, the electrical properties of which are the same which z. B. of air coils with the same area requirement (in the Projection) are on the board. It also does not prepare one Difficulties in the coils of the invention - the now also with a printed version a winding cross section and have a longitudinal extension in the axial direction - in that for the Influencing the field line course cheapest area  a coil, axial, a ferrite core to increase the Introduce inductance and for adjustment. For transformers with bifilar guided coils according to the Invention are constructed, values for the coupling factor achieved, which is similar to that of air coils during construction Space requirements are common.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit der Erfindung die Möglichkeiten des Prinzips der gedruckten Schaltung - angewendet auf Spulenstrukturen - in höherem Maß als bisher ausgeschöpft werden können. Gemeint ist die hohe Variabilität in bezug auf differenzierte Wicklungsquerschnitte und unter­ schiedliche Spulen- und Übertragerkonfigurationen, die sich in gedruckter Technik mit geringerem Aufwand, geringeren Toleranzen und weitaus kostengünstiger realisieren lassen bzw. nur in dieser Technik und nur gemäß der Erfindung möglich sind.Another advantage is that with the invention the possibilities of the principle of the printed circuit - applied to coil structures - to a greater extent than before can be exhausted. What is meant is the high variability in terms of differentiated winding cross sections and under different coil and transformer configurations that differ in printed technology with less effort, less Tolerances and much cheaper to implement or only in this technique and only according to the invention possible are.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in the following with the help of execution examples explained in more detail. In the accompanying drawing demonstrate

Fig. 1 Erfindungsgemäße Spule, Fig. 1 according to the invention the coil,

  • a) Draufsicht,a) top view,
  • b) Schnitt durch die Leiterplatte,b) section through the circuit board,

Fig. 2 Übertrager mit bifilarer Wicklung, Fig. 2 transformer having a bifilar winding,

Fig. 3 Gestreckte Spulenstruktur. Fig. 3 stretched coil structure.

Bei der erfindungsgemäßen Spule, die in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, bildet die Leiterplatte 1 im Bereich der Spule gewissermaßen den Spulenkörper, denn die Wicklung besteht aus den Leiterbahn-Abschnitten 2 und 3 auf den beiden Seitenflächen 1.1 und 1.2 der Leiterplatte 1 und den sie zur Wendel verbindenden durchmetallisierten Bohrungen 4. Bei der Anordnung können alle elektrischen Werte, wie Güte, Induktivität usw., auf einfache Weise und in beliebigen Bereichen realisiert und beeinflußt werden.In the coil according to the invention, which is shown schematically in FIG. 1, the printed circuit board 1 forms the coil body in the area of the coil, because the winding consists of the conductor track sections 2 and 3 on the two side surfaces 1.1 and 1.2 of the printed circuit board 1 and the through-metallized holes 4 connecting them to the helix. With the arrangement, all electrical values, such as quality, inductance, etc., can be implemented and influenced in a simple manner and in any range.

Mit 5 ist der Schlitz in der Leiterplatte 1 bezeichnet, in den ein Ferritkern mit entsprechendem Querschnitt eingeführt werden könnte. 5 denotes the slot in the printed circuit board 1 , into which a ferrite core with a corresponding cross section could be inserted.

Bei dem Übertrager nach Fig. 2 ist 6 die Primärspule und 7 die Sekundärspule. Die achsparallele Anordnung wurde - beispielhaft - gewählt, um eine der möglichen Verschach­ telungsformen der beiden Spulen zu demonstrieren. In der Darstellung werden der Übersichtlichkeit halber von den rückseitigen Leiterbahnen nur zwei (gestrichelt) angedeutet. Die Anschlüsse für die beiden Spulen mit bifilarer Wendelung sind sämtlich, wie bei der Spule nach Fig. 1, auf der dem Betrachter zugewendeten Seite der Leiterplatte angeordnet.In the transformer of Fig. 2 is 6, the primary coil 7 and the secondary coil. The axially parallel arrangement was chosen - as an example - to demonstrate one of the possible interlacing forms of the two coils. For the sake of clarity, only two (dashed lines) of the rear conductor tracks are indicated in the illustration. The connections for the two coils with bifilar coils are all arranged, as in the coil according to FIG. 1, on the side of the printed circuit board facing the viewer.

Durch die Breitendifferenzierung der Leiterbahn-Abschnitte 8 und 9 der Primärspule 6 und der Leiterbahn-Abschnitte 10 und 11 der Sekundärspule 7 wird hier erreicht, daß die Abmessungen des Übertragers, in Achsrichtung gesehen, die Länge einer entsprechenden einzelnen Spule nicht wesentlich übersteigen. Gleichzeitig kann die Breite B der Leiterbahn- Abschnitte 8 und 9 bzw. 10 und 11 im Mittenbereich zwischen den beiden Bohrungsreihen so dimensioniert werden, daß ausreichend hohe Induktivitäten und, durch schmale Abstände zwischen den Leiterbahn-Abschnitten, ein hoher Kopplungs­ faktor gewährleistet ist. Bei Verwendung von Drahtspulen wäre eine vergleichbare Anordnung nicht denkbar.By differentiating the width of the conductor track sections 8 and 9 of the primary coil 6 and the conductor track sections 10 and 11 of the secondary coil 7 is achieved here that the dimensions of the transformer, seen in the axial direction, do not significantly exceed the length of a corresponding individual coil. At the same time, the width B of the conductor track sections 8 and 9 or 10 and 11 in the middle region between the two rows of holes can be dimensioned such that sufficiently high inductances and, due to narrow distances between the conductor track sections, a high coupling factor is ensured. A comparable arrangement would not be conceivable when using wire coils.

Fig. 3 zeigt die gestreckte Ausführung einer erfindungs­ gemäßen Spule, d. h. die Anwendung der Erfindung auf die bekannte Flachspule mit mäanderartiger Wendelung. Auch hier ist ersichtlich, daß die Erfindung zumindest zur Einsparung von Platinenfläche führt, dann die neue Spulenanordnung ist nicht breiter als der Durchmesser der Bohrungsmetallisierung. Zwei dieser Spulen, nebeneinander gelegt, würden wieder einen mit einfachen Mitteln realisierten Übertrager ergeben. Fig. 3 shows the stretched version of a coil according to the Invention, ie the application of the invention to the known flat coil with a meandering spiral. It can also be seen here that the invention at least leads to a saving of board area, then the new coil arrangement is not wider than the diameter of the bore metallization. Two of these coils, placed next to each other, would again result in a transformer realized with simple means.

Ebenso, wie die in Fig. 2 gezeigte Differenzierung der Breite B, läßt sich jede der im weiteren in den Unter­ ansprüchen aufgeführten Konfigurationen, als Auswahl der möglichen Varianten zum erfindungsgemäßen Prinzip, im Rahmen der Platinenfertigung einfach realisieren. Just like the differentiation of width B shown in Fig. 2, each of the configurations listed below in the subclaims, as a selection of the possible variants of the principle according to the invention, can be easily implemented as part of the circuit board production.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung bei Mehrlagen-Anordnungen. Hier kann der Abstand zwischen den Gruppen der einander gegenüberliegenden Leiterbahn- Abschnitte 2 und 3 bzw. 8; 9 und 10; 11 - und damit der Wicklungsquerschnitt - entsprechend der Zahl der dazwischenliegenden Innenlagen unterschiedlich gewählt werden, und es ist nicht ein separater Ferritkern und für diesen ein Schlitz erforderlich, sondern man kann direkt die Innenlagen als Träger aufgedruckter Kernstrukturen verwenden.The use of the invention in multilayer arrangements is particularly advantageous. Here, the distance between the groups of mutually opposite conductor track sections 2 and 3 or 8 ; 9 and 10 ; 11 - and thus the winding cross-section - can be chosen differently according to the number of inner layers in between, and it is not a separate ferrite core and a slot is required for this, but one can directly use the inner layers as carriers of printed core structures.

Last but not least sei auf einen günstigen Nebeneffekt hingewiesen, der aus der Einbeziehung der beiden Platinen- oder zweier Multilayerseiten in den Spulenaufbau resultiert: Die weiterführenden Leitungsanschlüsse können gleichzeitig auf einer oder wahlweise und variabel auf beiden Seiten der Anordnung vorgesehen werden.Last but not least, be on a favorable side effect pointed out from the inclusion of the two circuit board or two multilayer sides in the coil structure results: The further line connections can be made at the same time on one or optional and variable on both sides of the Arrangement can be provided.

Des weiteren bietet sich an, daß - bei vorgegebener Spulenlänge - die Anschlüsse nicht in jedem Fall an den Spulenenden plaziert werden, sondern die Spule kann entsprechend differenzierten Anforderungen an beliebigen Positionen der Wicklung durch Lötung an einer ausgewählten Bohrung 4 und Anschluß zu weiterführenden Bauteilen verkürzt werden.Furthermore, it is possible that - with a given coil length - the connections are not always placed at the coil ends, but the coil can be shortened according to differentiated requirements at any position of the winding by soldering to a selected hole 4 and connecting to further components .

Claims (6)

1. Spulenstruktur für eine Leiterplattenanordnung, gekenn­ zeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • - die Spulenstruktur besteht aus je einer Gruppe von Leiterbahn-Abschnitten (2) und (3) auf gegenüber­ liegenden Seitenflächen (1.1) und (1.2) einer doppelseitig bedruckten bzw. plattierten Leiterplatte (1), oder aus solchen Leiterbahn-Abschnitten (2) und (3) auf gegenüberliegenden Außenflächen einer Mehrlagen­ anordnung, und aus durchmetallisierten Bohrungen (4), die die Leiterbahn-Abschnitte (2) und (3) auf der Leiterplatte (1) oder der Mehrlagenanordnung verbinden, mit dem Ergebnis einer quasi flachgedrückten Wendel mit rechteckigem Querschnitt,
  • - bei einer Ausführung der Spulenanordnung mit Ferritkern ist der Kern in einem Schlitz (5) in der Leiterplatte (1) oder zwischen den Innenlagen der Mehrlagenanordnung verschieb- und feststellbar angeordnet oder auf eine oder mehrere Innenlagen der Mehrlagenanordnung auf gedruckt.
1. Coil structure for a circuit board arrangement, characterized by the following features:
  • - The coil structure consists of a group of conductor track sections ( 2 ) and ( 3 ) on opposite side surfaces ( 1.1 ) and ( 1.2 ) of a double-sided printed or plated circuit board ( 1 ), or of such conductor track sections ( 2 ) and ( 3 ) on opposite outer surfaces of a multilayer arrangement, and from through-metallized bores ( 4 ) which connect the conductor track sections ( 2 ) and ( 3 ) on the printed circuit board ( 1 ) or the multilayer arrangement, with the result of a quasi flattened helix rectangular cross section,
  • - In an embodiment of the coil arrangement with ferrite core, the core is arranged in a slot ( 5 ) in the printed circuit board ( 1 ) or between the inner layers of the multilayer arrangement so as to be displaceable or fixable, or is printed on one or more inner layers of the multilayer arrangement.
2. Spulenstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die gestreckte Ausführung einer Spule aus mäanderartig aneinandergereihten Leiterbahn-Abschnitten (2) und (3) und Bohrungen (4).2. Coil structure according to claim 1, characterized by the elongated design of a coil of meandering lined up conductor track sections ( 2 ) and ( 3 ) and bores ( 4 ). 3. Spulenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochfrequenz-Übertrager aus einer Primärspule (6) und einer Sekundärspule (7), bestehend aus nebeneinander­ liegenden Leiterbahnen (8; 9) und (10; 11) und den durchmetallisierten Bohrungen (4) in quasi bifilarer Wendelung, gebildet ist.3. Coil structure according to claim 1, characterized in that a high-frequency transmitter consisting of a primary coil ( 6 ) and a secondary coil ( 7 ), consisting of adjacent conductor tracks ( 8 ; 9 ) and ( 10 ; 11 ) and the through-metallized bores ( 4th ) in a quasi bifilar spiral. 4. Spulenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) der Leiterbahn-Abschnitte (2; 3), in Achsrichtung der Spulenstruktur gesehen, kontinuierlich oder in mehreren Stufungen ab- bzw. zunimmt.4. Coil structure according to claim 1, characterized in that the width (B) of the conductor track sections ( 2 ; 3 ), seen in the axial direction of the coil structure, increases or increases continuously or in several steps. 5. Spulenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, in Achsrichtung der Spulenstruktur gesehen, ein oder mehrere, vorzugsweise zwei Bereiche bestehen, zwischen denen die Breite (B) der Leiterbahn-Abschnitte (2; 3) unterschiedlich, innerhalb derer sie jedoch gleich ist.5. Coil structure according to claim 1, characterized in that, seen in the axial direction of the coil structure, there are one or more, preferably two areas between which the width (B) of the conductor track sections ( 2 ; 3 ) are different, but within which they are the same is. 6. Spulenstruktur nach Anspruch 1, bis 5, gekennzeichnet durch die Kopplung einer Primärspule (6) mit zwei Bereichen unterschiedlicher Breite (B) der Leiterbahn- Abschnitte (8; 9) mit zwei Sekundärspulen (7), wobei jede der Sekundärspulen (7) einem Bereich der Primärspule (6) zugeordnet ist und die Breite (B) der Leiterbahn- Abschnitte (10; 11) der Sekundärspulen (7) jeweils der entsprechenden Breite (B) im zugeordneten Bereich der Primärspule (6) angepaßt ist.6. Coil structure according to claim 1, to 5, characterized by the coupling of a primary coil ( 6 ) with two regions of different widths (B) of the conductor track sections ( 8 ; 9 ) with two secondary coils ( 7 ), each of the secondary coils ( 7 ) is assigned to an area of the primary coil ( 6 ) and the width (B) of the conductor track sections ( 10 ; 11 ) of the secondary coils ( 7 ) is respectively adapted to the corresponding width (B) in the assigned area of the primary coil ( 6 ).
DE4306416A 1993-03-02 1993-03-02 Coil structure for a printed circuit board arrangement Ceased DE4306416A1 (en)

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