JP2008530799A - 埋設トロイダル誘導器 - Google Patents

Abstract

トロイダル誘導器は、基板（１００）と、基板内に定められるトロイダルコア領域（４３４）と、トロイダルコア領域の周りに形成される第一の複数の回と、トロイダルコア領域の周りに形成される第二の複数の回とを含むトロイダルコイルとを含む。第二の複数の回は、第一の複数の回によって定められる断面積（４４２）よりも大きい断面積（４４０）を定める。基板及びトロイダルコイルは、トロイダルコイルが少なくとも部分的に基板に埋設された一体型基板構造を形成するよう、同時焼成プロセスにおいて形成され得る。第一及び第二の複数の回は、交互連続で配置され得る。トロイダルコア領域は、基板の少なくとも他の部分よりも大きい透磁率を有する基板材料で形成され得る。

Description

周知であるように、導体内に電流が存在する毎に磁界が生成される。誘導器(inductor)は、一連の導体巻線又はコイル（以下「回」という）受動電気構成部品であり、回は、電流が回に構築されるときに、特定の領域内に磁界を定めるよう協働する。磁界内にエネルギーを蓄える誘導器の能力は、インダクタンスＬによって記載され、インダクタンスは、回の数の二乗Ｎ^２及び磁界が構築される領域の透磁率μに概ね比例する。透磁率μは、しばしば、非透磁率μ_ｒに関して議論され、非透磁率は、自由空間μ_０の透磁率に対する透磁率μの比率、即ち、

である。

誘導器は、所与数の回のためにより大きなインダクタンスをもたらすために、空気よりも大きい透磁率（即ち、＞１．０）を有する強磁性コアの上に巻回されている。そのようなコアは、単純な円筒形ロッドからドーナッツ形状トロイドに亘る多様な形状で入手可能である。トロイドは、所与の透磁率及び数の回のために、ソレノイド（ロッド形状）コアに比べ、より高いインダクタンスをもたらすので、トロイドは、特定の利点をもたらすことが知られている。トロイドは、ＲＦ漏れを制限し且つ他の隣接する構成部品との干渉を最小限化するよう、コア領域内の誘導器によって生成される磁界を実質的に含むという利点も有する。典型的なトロイド誘導器のために、インダクタンスは以下の等式によって与えられる。

ここで、ｈは、誘導器の高さであり、ａは、誘導器の内部半径であり、ｂは、誘導器の外部半径である。

しかしながら、小型ＲＦ回路構成において、トロイド誘導器の実装は特に困難である。従って、小型ＲＦ回路構成中の誘導器は、しばしば、表面実装構成部品として、或いは、ＦＲ基板の表面の上に直接的に形成される平面渦巻線として実装されがちである。平面渦巻線誘導器は、トロイド誘導器と対称的に、それらが生成する磁界を実質的に含まないという点で、重大な欠点を被る。表面実装トロイド誘導器は良好に作動するが、そのような構成部品のために必要とされる回路板不動産(real estate)は、ＲＦ系の全体的サイズに寄与する顕著な要因である。まさに、受動表面実装装置の使用は、しばしば、回路板が、回路素子を含むためにさもなければ必要とされるであろうよりも大きくあることを要求する。

Ｋｒｏｎ， ｅｔ ａｌに発効した米国特許第５，７８１，０９１号は、電子誘導装置、並びに、電子誘導装置を剛的な銅張エポキシ積層板中に製造する方法を開示している。方法は、エポキシ積層板中に一連の離間した孔を穿孔するステップと、板から完全に外れて銅張りをエッチング処理するステップと、エポキシ積層板を第二積層板の上に位置付けるステップと、離間した孔のそれぞれの内側にトロイダル強磁性コアを位置付けるステップと、各孔の残部を繊維充填エポキシで充填するステップとを含む。この技法は、従来的なエポキシ回路板を形成するのに含まれる従来的なステップの通常の一部ではない多数の追加的な処理ステップを含む。これらの追加的なステップは、本来的に、さらなる費用を包含する。また、そのような技法は、以下に記載されるセラミック型のような他の種類の基板との使用のために十分に適していない。

８５０〜１０００度でか焼されるガラスセラミック基板は、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）と一般的に呼ばれる。この等級の材料は、それらをＲＦ系の基板として特に有用にする多数の利点を有する。例えば、Ｄｕｐｏｎｔ（登録商標）からの低温９５１同時焼成Ｇｒｅｅｎ Ｔａｐｅ（ＴＭ）は、Ａｕ及びＡｇ適合性を有し、多くの用途に適する熱膨張係数（ＴＣＥ）及び比強度を有する。他のＬＴＣＣセラミックテープ製品が、４１６ Ｅａｓｔ Ｃｈｕｒｃｈ Ｒｏａｄ， ｋｉｎｇ ｏｆ Ｐｒｕｓｓｉａ， ＰＡ １９４０６−２６２５， ＵＳＡのＥｌｅｃｔｒｏ−Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．から入手可能である。ＬＴＣＣ製品の製造業者は、典型的には、金属トレース及びビアを定めるために、それらのＬＴＣＣ製品と適合性を有する金属ペーストも提供する。

伝統的なＬＴＣＣ処理のための処理フローは、（１）未処理（未焼成）セラミックテープをロールから切断するステップ、（２）未処理テープから下地を除去するステップ、（３）電気ビアのために孔を穿孔するステップ、（４）孔を導体ペースト及びスクリーン印刷パターン化された導体で充填するステップ、（５）個々のテープ層を積み重ね、整列し、且つ、積層するステップ、（６）粉末を焼結するために積重ねを焼成し、緻密化するステップ、及び、（７）焼成セラミックを個々の基板に引き切るステップを含む。

ＬＴＣＣ処理は、同時焼成される材料が化学的に並びに熱膨張係数（ＣＴＥ）に関して適合することを必要とする。典型的には、商業的に入手可能なＬＴＣＣ材料の範囲は、かなり限定的である。例えば、ＬＴＣＣ材料は、限定的な範囲の透磁率値のみにおいて入手可能であり、１よりも大きい比透磁率を備える材料を一般的に含まなかった。しかしながら、最近、メタマテリアルの開発が、ＬＴＣＣと共に使用され得る材料の可能な範囲を拡大し始めた。さらに、標準的なＬＴＣＣプロセスに適合する新しい高透磁率セラミックテープ材料が、商業的に入手可能になった。

本発明は、基板内に一体化されるトロイダル誘導器、並びに、それを製造する方法に関する。方法は、第一内部周縁を定めるよう、中心軸から第一距離で径方向に離間される第一の複数の伝導性ビアを基板内に形成するステップを含み得る。第二内部周縁を定めるよう、第二の複数の伝導性ビアが、中心軸から第二距離で径方向に離間されて基板内に形成され得る。第二距離は第一距離よりも大きい。外部周縁を定めるよう、第三の複数の伝導性ビアが、中心軸から第三距離で径方向に離間されて基板内に形成され得る。第三距離は第二距離よりも大きい。

第一の複数の伝導性トレースが、中心軸に対して直交して定められる第一平面内に配置され得る。第一の複数の伝導性トレースは、第一及び第三の複数の伝導性ビアの実質的に径方向に隣接するものの間に電気接続を形成し得る。第二の複数の伝導性トレースが、第一平面内に配置され得る。第二の複数の伝導性トレースは、第二及び第三の複数の伝導性ビアの実質的に径方向に隣接するもののの間に電気接続を形成し得る。第一及び第三の複数の伝導性ビアの円周方向に偏心(offset)されるものの間に電気接続を定めるよう、第三の複数の伝導性トレースが、第一平面から離間され且つ中心軸に対して直交して定められる第二平面の内部に配置され得る。最後に、三次元トロイダルコイルを定めるために、第二及び第三の複数の伝導性ビアの円周方向に偏心されるものの間に電気接続を定めるよう、第四の複数の伝導性トレースが、第二平面内に配置され得る。

方法は、トロイダルコイルが基板内に少なくとも部分的に埋設された一体型基板構造を形成するために、基板及びトロイダルコイルを焼成するステップをさらに含む。本方法は、基板の少なくとも他の部分と異なる少なくとも１つの電気特性を有する材料の、トロイダルコイル内に定められる、基板の少なくともトロイド形状コア領域を形成するステップをさらに含み得る。例えば、材料は、基板の他の領域を含む材料よりも大きな透磁率の値を有する低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）であり得る。一体型基板構造を形成するために、基板及びトロイダル形状コア領域内の材料は同時焼成され得る。基板は、複数の基板層を積み重ね、且つ、トロイダルコイル内に定められる基板のトロイド形状コア領域内に少なくとも含まれるものよりも大きい非透磁率を有するよう基板層の少なくとも１つを選択することによって形成され得る。

１つの構成において、方法は、第三の内部周縁を定めるよう、中心軸から第四距離で径方向に離間される第四の複数の伝導性ビアを基板内に形成するステップを含み得る。第四の複数の伝導性トレースが、第一平面内に配置され得る。第五の複数の伝導性トレースは、第四及び第五の複数の伝導性ビアの実質的に径方向に隣接するものの間に電気接続を形成する。第四及び第三の複数の伝導性ビアの円周方向に偏心されるものの間に電気接続を定めるよう、第六の複数の伝導性トレースが、第二平面内に配置され得る。

本発明は、さらにプリント回路板に関し、基板を含み、基板内に定められるトロイダルコア領域と、トロイダルコイルとを有する。トロイダルコイルは、トロイダルコア領域の周りに形成される第一の複数の回と、トロイダルコア領域の周りに形成される第二の複数の回とを含み、第二の複数の回は、第一の複数の回によって定められる断面積（断面地域）よりも大きい断面積（断面地域）を定める。

基板及びトロイダルコイルは、トロイダルコイルが少なくとも部分的に基板内に埋設される一体型基板構造を形成するよう、同時焼成プロセスにおいて形成され得る。第一及び第二の複数の回は、相互連続に配置され、且つ、全ての地点で基板内に含まれ得る。トロイダルコア領域は、基板の少なくとも１つの他の部分の第二基板材料よりも大きい透磁率を有する基板材料から成り得る。トロイダルコイルは、さらに、トロイダルコア領域の周りに形成される第三の複数の回を含み得る。第三の複数の回は、第二の複数の回によって定められる断面積（断面地域）よりも大きい断面積（断面地域）を定め得る。

本発明は、さらに、基板と、基板内に定められるトロイダルコア領域と、トロイダルコア領域の周りに形成される第一の複数の回と、トロイダルコア領域の周りに形成される第二の複数の回とを含むトロイダルコイルとを含むトロイダル誘導器に関する。第二の複数の回は、第一の複数の回によって定められる断面積（断面地域）よりも大きい断面積（断面地域）を定める。基板及びトロイダルコイルは、トロイダルコイルが少なくとも部分的に基板内に埋設される一体型基板構造を形成するよう、同時焼成プロセスにおいて形成され得る。第一及び第二の複数の回は、相互連続に配置され得る。トロイダルコア領域は、基板の少なくとも１つの他の部分よりも大きい透磁率を有する基板材料で形成され得る。第三の複数の回はが、トロイダルコア領域の周りに形成され得る。第三の複数の回は、第二の複数の回によって定められる断面積（断面地域）よりも大きい断面積（断面地域）を定め得る。

本発明は、基板内に一体化されるトロイダル誘導器、並びに、それを製造する方法に関する。ここに定義されるように、トロイダル誘導器は、誘導器によって生成される束を実質的に含む閉塞経路を定める巻線を有する誘導器である。よって、誘導器巻線によって定められる領域はドーナッツ形状に限定されず、ディスク形状であり得るし、或いは、誘導器によって生成される磁束をを実質的に含むための閉塞経路を定めるのに適した如何なる他の形状をも有し得る。

図１及び２並びに図１５中のフロー図を参照して方法を記載する。方法は、適切な大きさとされた基板層１００を形成することによって、ステップ１５０２で開始し得る。基板層１００は、如何なる適切な基板材料からも形成され得るし、所望の基板厚さを得るために適切な如何なる数の副層をも含み得る。例えば、基板層１００は、１つ又はそれよりも多くの層の未焼結セラミックテープを含み得る。セラミックテープは、多様な商業的に入手可能なガラスセラミック基板のいずれでもあり得る。例えば、セラミックテープは、８００℃〜１０５０℃でか焼されるよう設計されたガラスセラミック基板であり得る。この等級の材料は、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）と一般的に呼ばれる。そのようなＬＴＣＣ材料は、それらをＲＦ系のための基板として特に有用にする多数の利点を有する。例えば、Ｄｕｐｏｎｔ（登録商標）からの低温９５１同時焼成Ｇｒｅｅｎ Ｔａｐｅ（ＴＭ）は、Ａｕ及びＡｇ適合性を有し、且つ、多くの用途に適した熱膨張係数（ＴＣＥ）及び比強度を有する。他の類似の種類のセラミックテープを使用され得る。セラミックテープのサイズは、特定の用途に依存して、様々な要因によって決定され得る。例えば、もしトロイダル誘導器が、より大きなＲＦ回路の一部を形成するならば、セラミックテープは、トロイダル誘導器が構成部品を構成するＲＦ回路を収容する大きさであり得る。

ステップ１５０４に示されるように、第一の複数の伝導性ビア１０２が、基板層１００内に形成され得る。このステップは、如何なる適切な技法をも使用して遂行され得る。例えば、ビアは、基板層１００にボアを穿孔し、レーザ切断し、或いは、エッチング処理することによって形成され得る。ステップ１５１０で、ボアは、伝導性ペースト及び／又は任意の他の適切な伝導性素子で充填され得る。

図１及び２に示されるように、第一の複数の伝導性ビア１０２は、トロイダル誘導器の内部周縁を定めるよう、中心軸２１２から第一距離で径方向に離間され得る。ステップ１５０６及び１５１０において、第二の複数の伝導性ビア１０４が、中間周縁を定めるよう、中心軸について第二距離で径方向に離間されて同様に形成され得る。同様に、ステップ１５０８及び１５１０において、第三の複数の伝導性ビア１０６が、外部周縁を定めるよう、中心軸から第三距離ｃで径方向に離間されて形成され得る。図２に示されるように、ビアは、基板層１００の対向表面２１４，２１６の間に実質的に延在し得る。１つ又はそれよりも多くのビア１０８が、トロイダル誘導器のための一組の電気接点を定めるために設けられ得る。

基板層１００がセラミックテープ層のような複数の副層を含む構成において、ステップ１５０４乃至１５１０は、各個別の副層上で遂行され得る。それぞれの伝導性ビアは整列され得るし、副層はステップ１５２０で基板層１００を形成するよう積み重ねられ得る。さらに、ステップ１５０４，１５０６、及び、１５０８は、図１５中で分離されているが、そのようなステップは単一の処理ステップでも遂行され得ることも理解されるべきである。同様に、ステップ１５１２及び１５１４、並びに、ステップ１５１６及び１５１８も、単一の処理ステップで遂行され得る。

図３及び４を今や参照すると、プロセスは、基板層１００上に第一の複数の伝導性トレース３２０及び第二の複数の伝導性トレース３２２を配置することによって、ステップ１５１２及び１５１４で継続され得る。表面２１４上の伝導性トレース３２０は、実質的に径方向に隣接する第一及び第三の複数の伝導性ビアのそれぞれ１つの間の電気接続を形成し得る。同様に、表面２１４上の伝導性トレース３２２は、実質的に径方向に隣接する第二及び第三の複数の伝導性ビアのそれぞれ１つの間の電気接続を形成し得る。

ステップ１５１６及び１５１８において、第三の複数の伝導性トレース３２４及び第四の複数の伝導性トレース３２６が、第二基板層４３０の表面４３２上に設けられ得る。第二基板層４３０も、任意の適切な基板材料、例えば、ＬＴＣＣから成り得る。第三の複数の伝導性トレース３２４は、２つの基板層が図示のように整列され積み重ねられるとき、表面４３２上のトレース３２４が第一の複数の伝導性ビア１０２と第三の複数の伝導性ビア１０６の円周方向に偏心(offset)されたものの間に電気接続をもたらす。同様に、表面４３２上のトレース３２６は、第二の複数の伝導性ビア１０４と第三の複数の伝導性ビア１０６の円周方向に偏心されたものの間に電気接続をもたらす。加えて、トロイダル誘導器のための組の電気接点を定めるために、ビア１０８と接触するトレース３２８が設けられ得る。

伝導性トレース３２０，３２２，３２４，３２６，３２８は、選択的な基板材料のための同時焼成プロセスと適合性を有する如何なる適切な伝導性ペースト又はインクからも形成され得る。そのような材料は、多様な源から商業的に入手可能である。さらに、基板層１００及び４３０の２つの層は、伝導性トレースが各テープの片側上にのみ配置された状態で、図４に示されているが、本発明は、これに関して、限定されないことが留意されるべきである。当業者であれば、伝導性トレース３２０，３２２，３２４，３２６、３２８が、代わりに、基板層１００の単一層の対向面上に配置されることも可能であること、並びに、そのような代替的配置が、本発明の範囲内にあることが意図されていることを理解しよう。

追加的な基板層（図示せず）も基板層１００の表面２１４上に及び／又は第二基板層４３０の表面４３８上に積み重ねられ得ることも留意されるべきである。例えば、基板層１００及び４３０は、伝導性ビア１０２，１０４，１０６及び伝導性トレース３２０，３２２，３２４，３２６が最終基板構造内に埋設されるよう、複数の追加的な基板層の間に挟装され得る。ステップ１５２０では、従来的な処理技法を用いて、様々な基板層が互いに積み重ねられ且つ整列され得る。

伝導性ビア１０２，１０４，１０６及び伝導性トレース３２０，３２２，３２４，３２６は、三次元の伝導性トロイダルコイル５４０を共に定め、それは図５に例証されている。トロイダルコイルは、ビア１０２，１０４，１０６及び伝導性トレース３２０，３２２，３２４，３２６の三次元の組み合わせによって形成され、図１乃至４に関して記載された構成から得られるトロイダルコイル構造を理解するために有用である。この関係で、本発明は、ここでは、図１乃至４に例証されるビア１０２，１０４，１０６及びトレース３２０，３２２，３２４，３２６の正確な配置又はパターンに限定されないことが理解されるべきである。代わりに、図５に例証されるものに類似する種類の実質的にトロイドコイル配置を実質的にもたらすならば、基板層に形成される如何なるパターンのビア及びトレースも使用されることができ、多くの変形が可能であることが理解されよう。

例えば、表面２１４上の伝導性トレース３２０は、実質的に径方向に隣接する第一及び第三の複数の伝導性ビアのそれぞれ１つの間の電気接続を形成することが上述された。しかしながら、径方向に隣接する伝導性ビアは、その用語がここで使用されるとき、正確に径方向に整列されることは必ずしも必要ではない。そのような径方向に隣接するビアは、ある程度互いに円周方向に偏心されたビアも含み得る。円周方向に偏心されたビアは、径方向に整列されない。よって、本発明は、これらの素子の組み合わせが連続的なトロイダルコイルを定めるならば、伝導性トレース３２０，３２２，３２４，３２６及びビア１０２，１０４，１０６の如何なる特定の幾何に限定されることも意図されていないことが理解されよう。

ビア１０２，１０４，１０６及びトレース３２０，３２２，３２４，３２６、３２８の全てが完成されるや否や、基板層１００及び４３０、ビア、及び、トレースは、基板層の積重ねを焼結し且つ緻密化するために、ステップ１５２２において共に焼成され得る。焼成操作は、使用される基板材料の具体的な種類に適した温度及び時間に従って遂行され得る。

図１乃至４に示されるように、ビア１０２は、伝導性トレース３２０の数を最大限化するために、トロイダル誘導器の内部周縁の周りに緻密に離間され得る。顕著に、ビア１−４及び伝導性トレース３２２は、ビア１０２の配置と干渉せずに、伝導性トレース３２０の隣接するものの間に位置付けられ得る。この配置は、トロイダル誘導器のために、さもなければ得られるであろうよりも大きな数の回をもたらし、それによって、トロイダル誘導器のために増大されたレベルのインダクタンスをもたらす。

例えば、図６及び７を参照すると、もしトロイダル誘導器が、伝導性トレース６２０，６２４が内部ビア７０２及び外部ビア７０４の間に配置された状態で、内部ビア７０２及び外部ビア７０４によって定められる回を含むだけならば、インダクタンスは、以下の等式によって与えられる。

ここで、μは、基板１００の透磁率であり、Ｎ_１は、ビア７０２及び７０４並びにそれぞれの伝導性トレース６２０及び６２４によって定められる回の数であり、ｈは、誘導器の高さ（基板１００の厚さ）であり、ａは、図２に示される第一径方向距離と等しい図７に示される第一径方向距離であり、ｃは、図２に示される第三径方向距離と等しい図７に示される第二径方向距離である。

等式（１）は、トロイダルコイルの各回が、一定であるトロイダル誘導器のトロイダルコア領域を通じる断面地域７０６を定めると想定している。しかしながら、図１乃至４に示される実施態様のために、ビア１０２及び１０６並びに伝導性トレース３２０及び３２４を含む回によって定められる断面地域４４０は、ビア１０４及び１０６伝導性トレース３２２及び３２６を含む回によって定められる断面地域４４２よりも大きい。従って、等式（１）は、図１乃至４に示されるトロイダル誘導器のインダクタンスを正確に演算し得ない。この実施態様のためのインダクタンスは、以下のように表現され得る。

ここで、ｂは、図２に示される第二径方向距離であり、Ｎ_１は、ビア１０２及び１０６並びに伝導性トレース３２０及び３３６によって定められる回の数であり、Ｎ_２は、ビア１０４及び１０６並びに伝導性トレース３２２及び３３６によって定められる回の数である。本来的に、図１乃至４に示され且つ等式（２）によって記載される誘導器は、図６及び７に示され且つ等式（１）によって記載される誘導器よりも高いインダクタンスを有する。

プロセスは、基板層の少なくとも１つの他の部分と異なる少なくとも１つの電気特性を有するよう、基板層１００の１つ又はそれよりも多くの選択領域を提供するステップも含み得る。そのような領域を提供するための例示的なプロセスが、同一出願人に譲渡された２００３年９月５日に出願された米国特許出願第１０／６５７，０５４号に記載されており、それは参照としてここに引用される。例えば、トロイダルコイルの伝導性ビア及び伝導性トレースによって定められるトロイダル形状コア領域４３４の透磁率は、そのような材料の非透磁率が１よりも大きいよう、コア領域の少なくとも一部を強磁性又は常磁性の特性を有する材料で形成することによって選択的に調整され得る。等式（２）から明らかであるように、１よりも大きい非透磁率を備える領域４３４を設けることは、１と等しい透磁率を有するコア領域４３４に比べトロイダル誘導器の増大されたインダクタンスをもたらす。

１よりも大きい透磁率を有するコア領域４３４を形成するために、如何なる適切な手段をも使用し得る。例えば、基板層１００は、所望の透磁率を有する材料として提供され得る。代替的な実施態様において、基板１００は、高透磁率領域がトロイダルコア領域４３４を含むよう形成され得る。領域４３４の電気特性を調整するようために使用され得る材料の実施例は、１よりも大きい非透磁率を有するメタマテリアル及びＬＴＣＣ材料を含み得る。依然として、１よりも大きい非透磁率を有する無数の他の材料が、当業者に既知であり、本発明は、この点について、限定されない。

ＲＦ回路板の場合、１つ又はそれよりも多くの接地平面を含むことがしばしば望ましい。例えば、少なくとも１つの伝導性層４３６が、基板層４３０の下に配置され得る。しかしながら、本発明は、そのように限定されない。例えば、伝導層（図示せず）は、基板１００よりも上に配置され得る。１つ又はそれよりも多くの基板層（図示せず）が、伝導性層を伝導性トレース３２０，３２２，３２４，３２６，３２８から絶縁し得る。

図８は、本発明を理解するのに有用な基板内に一体化されたトロイダル誘導器の他の実施態様を描写している。図９は、線９−９に沿って取られた、図８の基板の断面図であり、図１０は、線１０−１０に沿って取られた、図８の断面図である。図８乃至１０のそれぞれを参照すると、伝導性ビアは、任意の適切な技法を使用して基板層８００に形成され得る。具体的には、第一の複数の伝導性ビア８０２は、トロイダル誘導器の内部周縁を定めるよう、中心軸８１０から第一半径距離ａで径方向に離間され得る。第二の複数の伝導性ビア８０４が、第一中間周縁を定めるよう、中心軸８１０から第二距離ｂで半径方向に離間され得るし、第三の複数の伝導性ビア８０６が、第二中間周縁を定めるよう、中心軸８１０から第三距離ｃで径方向に離間され得る。最後に、第四の複数の伝導性ビア８０８が、外周を定めるよう、中心軸８１０から第四距離ｄで径方向に離間され得る。

図１１は、トロイダル誘導器を形成するために伝導性トレース及び第二層が加えられた後の図８の基板の上面図である。図１２は、線１２−１２に沿って取られた、図１１中の基板の断面図であり、図１３は、線１３−１３に沿って取られた、図１１中の基板の断面図である。図１１乃至１３を参照すると、第一の複数の伝導性トレース１１−２、第二の複数の伝導性トレース１１０４、及び、第三の複数の伝導性トレース１１０６が、基板層８００上に配置され得る。実質的に径方向に隣接する第一の複数の伝導性ビア８０２と第四の複数の伝導性ビア８０８のそれぞれ１つの間に電気接続をもたらすために、伝導性トレース１１０２は、基板層１００の表面１１０８上に配置され得る。同様に、表面１１０８上の伝導性トレース１１０４は、実質的に径方向に隣接する第二の複数の伝導性ビア８０４と第四の複数の伝導性ビア８０８とのそれぞれ１つの間に電気接続を形成し得る。最後に、表面１１０８上の伝導性トレース１１０６は、実質的に径方向に隣接する第三の複数の伝導性ビア８０６と第四の複数の伝導性ビア８０８とのそれぞれ１つ間に電気接続を形成する。

第四の複数の伝導性トレース１１１０、第五の複数の伝導性トレース１１１２、第六の複数の伝導性トレース１１１４、及び、第七の複数の伝導性トレース１１１６が、第二基板層１２００の表面１２０２上に設けられ得る。第四の複数の伝導性トレース１１１０は、２つの基板層８００，１２００が、図示のように整列され且つ積み重ねられるときに、表面１２０２上のトレース１１１０が、第一の複数の伝導性ビア８０２及び第四の複数の伝導性ビア８０８の円周方向に偏心されたものの間に電気接続をもたらし得る。同様に、表面１２０２上のトレース１１１２は、第三の複数の伝導性ビア８０６及び第四の複数の伝導性ビア８０８の円周方向に偏心されたものの間に電気接続をもたらし得る。表面１２０２上のトレース１１１４は、第二の複数の伝導性ビア８０４及び第四の複数の伝導性ビア８０８の円周方向に偏心されたものの間に電気接続をもたらし得る。

図１４中の概略図も、図８乃至１３に関して記載された構成から得られるトロイダルコイル構造１４００を理解するために有用である。この点に関して、本発明は、ここでは、図８乃至１３に例証されるビア及び伝導性トレースの正確な配置又はパターンに限定されないことが理解されるべきである。代わりに、図１４に例証された種類に類似する種類の実質的にトロイダルコイル配置を概ねもたらすならば、基板層に形成されるビア及びトレースの如何なるパターンも使用可能であり、多くの小さな変形が可能であることが理解されよう。

図８乃至１３に示される実施態様において、ビア８０２及び８０８並びに伝導性トレース１１０２及び１１１０を含む回によって定められる断面地域１２０４は、ビア８０４及び８０８並びに伝導性トレース１１０４及び１１１４を含む回によって定めらえっる断面地域１３０６よりも大きい。同様に、断面地域１３０６は、ビア８０６及び８０８並びに伝導性トレース１１０６及び１１１２を含む回によって定められる断面地域１３０８よりも大きい。この実施態様のためのインダクタンスは、以下の通り表現され得る。

ここで、μは、基板８００の透磁率であり、Ｎ_１は、ビア８０２及び８０８並びに伝導性トレース１１０２及び１１１０によって定められる回の数であり、Ｎ_２は、ビア８０４及び８０８並びに伝導性トレース１１０４及び１１１４によって定められる回の数であり、Ｎ_３は、ビア８０６及び８０８並びに伝導性トレース１１０６及び１１１２によって定められるかいの数であり、ｈは、誘導器の高さ（基板８００の厚さ）であり、ａは、図９に示される第一半径距離であり、ｂは、図１０に示される第二半径距離であり、ｃは、図１０に示される第三半径距離であり、ｄは、図１０に示される第四半径距離である。再び、図８乃至１３に示され且つ等式（３）によって記載される誘導器は、等式（１）によって記載される図６及び７に示される誘導器よりも高いインダクタンスを有する。

本発明の好適実施態様が例証され且つ記載されたが、本発明はそのように限定されないことが明らかであろう。数多くの修正、変更、変形、置換、及び、均等物が、請求項に記載される本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、当業者に思い浮かぶであろう。例えば、第一実施態様は、基板表面上に放射線配列に交互嵌合された本質的に２つの長さの伝導性トレースを含む埋設トロイダル誘導器を開示し、第二実施態様は、基板表面上に本質的に３つの長さの交互嵌合された伝導性トレースを含むトロイダル誘導器を開示しているが、本発明は、この点に関して、限定されない。より具体的には、トロイダルコイルは、異なるサイズの断面積を有する４つ又はそれよりも多くの複数の回を有する如何なる数の伝導性トレースをも含み得る。そのような誘導器のインダクタンスを演算するための一般的な等式は、以下のように表現され得る。

ここで、ｎは、異なるサイズの断面積を有する回の群の数であり、Ｎは、それぞれの群の回の回転の数であり、ｘは、特定のトロイダル地域の内部半径及び外部半径を定めるそれぞれのビアの半径距離である。

本発明、トロイダル誘導器を形成する方法を理解するために有用な、内部にビアが形成されたセラミック基板を示す上面図である。 線２−２に沿って取られた、図１の基板を示す断面図である。 トロイダル誘導器を形成するために伝導性トレース及び第二層が追加された後の図１の基板を示す上面図である。 線４−４に沿って取られた、図３の基板を示す断面図である。 図１乃至４中のトロイダル誘導器の構造を理解するために有用なトロイダルコイルを示す概略図である。 本発明を理解するために有用な、トロイダル誘導器を形成するために伝導性トレース及び第二層が追加された後の基板を示す上面図である。 線７−７に沿って取られた、図６の基板を示す断面図である。 本発明の代替的な実施態様を理解するために有用なセラミック基板を示す上面図である。 線９−９に沿って取られた、図８の基板を示す断面図である。 線１０−１０に沿って取られた、図８の基板を示す断面図である。 トロイダル誘導器を形成するために伝導性トレース及び第二層が追加された後の図８の基板を示す上面図である。 線１２−１２に沿って取られた、図１１の基板を示す断面図である。 線１３−１３に沿って取られた、図１１の基板を示す断面図である。 図８乃至１２中のトロイダル誘導器の構造を理解するために有用なトロイダルコイルを示す概略図である。 本発明の製造方法を理解するために有用なフローを示すフロー図である。

Claims (10)

1. 誘導器を形成する方法であって、
   第一内部周縁を定めるよう、中心軸から第一距離で径方向に離間される第一の複数の伝導性ビアを基板の内部に形成するステップを含み、
   第二内部周縁を定めるよう、前記中心軸から第二距離で径方向に離間される第二の複数の伝導性ビアを前記基板内に形成するステップを含み、前記第二距離は、前記第一距離よりも大きく、
   外部周縁を定めるよう、前記中心軸から第三距離で径方向に離間される第三の複数の伝導性ビアを前記基板内に形成するステップを含み、前記第三距離は、前記第二距離よりも大きく、
   前記中心軸に対して直交して定められる第一平面の内部に配置される第一の複数の伝導性トレースを形成するステップを含み、前記第一の複数の伝導性トレースは、前記第一及び第三の複数の伝導性ビアの実質的に径方向に隣接するものの間に電気接続を形成し、
   前記第一平面内に配置される第二の複数の伝導性トレースを形成するステップを含み、前記第二の複数の伝導性トレースは、前記第二及び第三の複数の伝導性ビアの実質的に径方向に隣接するもののの間に電気接続を形成し、
   前記第一及び第三の複数の伝導性ビアの円周方向に偏心されるものの間に電気接続を定めるよう、前記第一平面から離間され且つ前記中心軸に対して直交して定められる第二平面の内部に配置される第三の複数の伝導性トレースを形成するステップを含み、
   三次元トロイダルコイルを定めるために、前記第二及び第三の複数の伝導性ビアの円周方向に偏心されるものの間に電気接続を定めるよう、前記第二平面内に配置される第四の複数の伝導性トレースを形成するステップとを含む、
   方法。
2. 前記トロイダルコイルが前記基板内に少なくとも部分的に埋設される一体型基板構造を形成するよう、前記基板及び前記トロイダルコイルを焼成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記基板の少なくとも他の部分と異なる少なくとも１つの電気特性を有する材料の、前記トロイダルコイル内に定められる、前記基板の少なくともトロイド形状コア領域を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 一体型基板構造を形成するために、前記基板及び前記材料を同時焼成するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 第一内部周縁を定めるよう、基板内に形成され且つ中心軸から第一距離で半径方向に離間される第一の複数の伝導性ビアを含み、
   第二内部周縁を定めるよう、前記基板内に形成され且つ前記中心軸から第二距離で半径方向に離間される第二の複数の伝導性ビアを含み、前記第二距離は、前記第一距離よりも大きく、
   外部周縁を定めるよう、前記基板の内部に形成され且つ前記中心軸から第三距離で径方向に離間される第三の複数の伝導性ビアを含み、前記第三距離は、前記第二距離よりも大きく、
   前記中心軸に対して直角に定められる第一平面の内部に配置される第一の複数の伝導性トレースを含み、該第一の複数の伝導性トレースは、前記第一及び第三の伝導性ビアの実質的に径方向に隣接するものの間に電気接続を形成し、
   前記第一平面に配置される第二の複数の伝導性トレースを含み、該第二の複数の伝導性トレースは、前記第二及び第三の複数の伝導性ビアの実質的に径方向に隣接するものの間に電気接続を形成し、
   前記第一及び第三の複数の伝導性ビアの円周方向に偏心されるものの間に電気接続を定めるよう、前記第一平面から離間され且つ前記中心軸に対して直角に定められる第二平面に配置される第三の複数の伝導性トレースを含み、
   三次元トロイダルコイルを定めるために、前記第二及び第三の複数の伝導性ビアの円周方向に偏心されるものの間に電気接続を定めるよう、前記第二平面に配置される第四の複数の伝導性トレースを含む、
   誘導器。
6. 前記基板、前記伝導性ビア、及び、前記伝導性トレースは、前記トロイダルコイルが少なくとも部分的に前記基板内に埋設される一体型基板構造を含む、請求項５に記載の誘導器。
7. 前記トロイダルコイル内に定められる、前記基板の少なくともトロイド形状コア領域は、前記基板の少なくとも他の部分と異なる少なくとも１つの電気特性を有する材料を含む、請求項５に記載の誘導器。
8. 前記材料は、前記基板と一体である、請求項７に記載の誘導器。
9. 基板と、
   該基板内に定められるトロイダルコア領域と、
   該トロイダルコア領域の周りに形成される第一の複数の回と、前記トロイダルコア領域の周りに形成される第二の複数の回とを含むトロイダルコイルとを含み、
   前記第二の複数の回は、前記第一の複数の回によって定められる断面積よりも大きい断面積を定める、
   トロイダル誘導器。
10. 前記基板及び前記トロイダルコイルは、前記トロイダル子コイルが前記基板内に少なくとも部分的に埋設される一体型基板構造を含む、請求項９に記載のトロイダル誘導器。

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