PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69935426T2 29.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001068642
Titel EINE INDUKTANZVORRICHTUNG
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder ZHOU, Shu-Ang, S-125 51 Älvsjö-Stockholm, SE;
LEWIN, Per Thomas, S-439 94 Onsala, SE
DE-Aktenzeichen 69935426
Vertragsstaaten DE, ES, FI, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 23.03.1999
EP-Aktenzeichen 999148539
WO-Anmeldetag 23.03.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/SE99/00455
WO-Veröffentlichungsnummer 1999049513
WO-Veröffentlichungsdatum 30.09.1999
EP-Offenlegungsdatum 17.01.2001
EP date of grant 07.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse H01L 23/64(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01L 23/522(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Induktionsmittel. Die Erfindung betrifft außerdem einen integrierten Schaltungschip einschließlich eines solchen Induktionsmittels.

Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik

Eine Schaltungskomponente wird oft derart beschrieben, dass sie eine Impedanz Z mit einem widerstandsbehafteten Teil und einem Blindteil aufweist. Mit anderen Worten hat eine Komponente einen Widerstand R und einen Blindwiderstand X. Der Blindwiderstand X kann eine induktive Komponente beinhalten, welche die Impedanz der Komponente induktiv und widerstandbehaftet wiedergibt.

Der Artikel „Multilevel-Spiral Inductors Using VLSI Interconnect Technology" (IEEE Electron Device Letters, Bd. 17, Nr. 9, 1996) von J. N. Burghortz, K. A. Jenkins und M. Soyner offenbart ein Induktionsmittel mit parallel verbundenen Leitern, welche sich zwischen zwei Anschlüssen winden.

Der Artikel „SiIc-Compatible Inductors and LC Passive Filters" (IEEE Journal of Solid-State Circuits, Bd. 25, Nr. 4, 1990) von N. M. Nguyen und R. G. Meyer offenbart einen rechteckigen Spiralinduktor, welcher aus Aluminium auf einem Siliziumsubstrat hergestellt wird. Der offenbarte Induktor mit einer Induktivität von 9,7 nH hat außerdem einen Reihenwiderstand von 15,4 Ohm und einen maximalen Q-Wert unter 4 bei 0,9 GHz. Daher ist die Arbeitsleistung des offenbarten Induktors durch den Metallwiderstand beschränkt.

Der Artikel „Microwave Inductors and Capacitors in Standard Multilevel Interconnect Silicon Technology" (IEEE Transactions on Microwave Theory and Technique, Bd. 44, Nr. 1. Januar 1996) offenbart einen Spiralinduktor auf einem Siliziumsubstrat. Der offenbarte Induktor hat vier Windungen und dickere Metalldrähte, welche durch Standard 0,8 Mikrometer BiCMOS Silizium-Technologie durch Verbinden mehrerer Metallschichten mit dichten Durchgangsanordnungen realisiert sind. Der offenbarte Spiralinduktor hat drei Metallebenen, welche gegenseitig mit einer Durchgangsanordnung verbunden sind und eine Wegunterführung an einer tiefsten von vier Metallebenen, welche in dem Siliziumsubstrat bereitgestellt sind. Der Artikel berichtet einen geschätzten Q-Wert von 9,3 bei 4 GHz für einen solchen Induktor.

Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft das Problem, einen Induktor mit einem vorteilhaft hohen Q-Wert bereitzustellen. Genauer betrifft die Erfindung das Problem, eine Induktionsvorrichtung bereitzustellen, welche einen niedrigen Widerstandsverlust besitzt, während sie einen hohen Induktionswert bereitstellt.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung das Problem, einen integrierten Schaltungsinduktor mit vorteilhaften Leistungskenndaten bei hohen Frequenzen bereitzustellen. Integrierte Schaltungsinduktoren gemäß dem Stand der Technik leiden an besonders niedrigen Q-Werten.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen integrierten Schaltungsinduktor zu erhalten, welcher bei Frequenzen über 300 MHz mit einem verbesserten Q-Wert arbeitet.

Diese Probleme werden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch Bereitstellen eines Induktionsmittels gemäß Anspruch 1, umfassend einen ersten und einen zweiten Anschluss und zwei Leiter behandelt. Jeder Leiter bildet eine Schleife zwischen den Anschlüssen aus, so dass ein für den ersten Anschluss bereitgestellter Strom zwischen den Leitern geteilt wird. Jeder Strom erzeugt ein Magnetfeld. Die Leiter sind derart angeordnet, so dass das durch die Leiterströme in einem Raumbereich zwischen den Leitern erzeugte Magnetfeld größer als das Magnetfeld ist, welches durch jeden einzelnen der Leiter in diesem Raumbereich erzeugt wird.

Diese Konstruktion hat den Vorteil, den Widerstandswert der Induktionsvorrichtung zu verringern, da von einem elektrischen Standpunkt her gesehen die zwei Leiter parallel gekoppelt sind.

Vorteilhafterweise hat diese Konstruktion außerdem den überraschenden Effekt, einen hohen Induktionswert bereitzustellen. Dies ist insbesondere überraschend, da es in der Elektrotechnik allgemein bekannt ist, dass eine parallele Kopplung von Induktoren zu einer geringeren Netto-Induktivität führt, unter dem gleichen Prinzip die parallele Widerstandskopplung bestimmend.

Die Induktionsvorrichtung erreicht außerdem einen vorteilhaft erhöhten Qualitätsfaktor.

Ein weiterer Vorteil, welcher durch die Induktionsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung geboten wird, ist die Verminderung oder Beseitigung elektromagnetischer Interferenzen auf anderen Schaltungen oder Komponenten, welche neben der Induktionsvorrichtung angeordnet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Für ein einfaches Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese durch Beispiele und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:

1 ist eine schematische Ersatzdarstellung eines Induktors gemäß dem Stand der Technik mit einer induktiven und einer widerstandsbehafteten Impedanz.

2 ist eine Draufsicht einer induktiven Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

3 ist eine Querschnittansicht der in 2 gezeigten Induktionsvorrichtung entlang A-A, wie sie in Richtung der Pfeile A gesehen wird.

4 ist eine Draufsicht der in 2 gezeigten Induktionsvorrichtung einschließlich einer Darstellung magnetischer Flußlinien.

5 ist eine Draufsicht einer Induktionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

6 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Induktionsvorrichtung.

7 ist eine Querschnittansicht einer Induktionsvorrichtung ähnlich der in 2 gezeigten, wenn gemäß einer vierten Ausführungsform hergestellt.

8 ist eine schematische Darstellung noch einer anderen Ausführungsform der Induktionsvorrichtung.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen

2 ist eine Draufsicht einer Induktionsvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die Induktionsvorrichtung hat ein Paar Anschlüsse 20 und 30, um ein elektrisches Signal zu empfangen. Ein erster verlängerter Leiter 40, welcher als Schleife ausgebildet ist, ist zwischen die Anschlüsse geschaltet. Ein zweiter verlängerter Leiter 50, welcher auch als Schleife ausgebildet ist und zwischen die Anschlüsse geschaltet ist, ist geometrisch parallel zum ersten Leiter angeordnet. Unter Bezugnahme auf 2 sind die Leiter derart mit den Anschlüssen 20, 30 gekoppelt, so dass ein in den ersten Anschluss 20 gerichteter Strom in einer ersten Richtung, z.B. im Uhrzeigersinn, durch die erste Schleife 40 und in entgegengesetzter Richtung, z.B. gegen den Uhrzeigersinn, durch die zweite Schleife 50 fließt. Pfeile auf den Leitern in 2 kennzeichnen diese Stromrichtungen.

In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die erste Leiterschleife eine im Wesentlichen rechteckige Schleife mit einem ersten Anschluss 60 und einem zweiten Anschluss 70. Die erste Schleife 40 ist rechteckig geformt und hat Außenseitenmaße D1 × D2, wobei D1 = 250 Mikrometer und D2 = 250 Mikrometer ist. Der erste Leiter 40 hat vier gerade Beine, wobei das erste Bein 110 mit dem Anschluss 60 verbunden ist, das zweite Bein 120 das erste Bein mit dem dritten Bein 130 verbindet. Das dritte Bein 130 ist geometrisch parallel zum ersten Bein 110 bei einem Abstand D1 – 2W vom ersten Bein angeordnet. Das vierte Bein 140 des ersten Leiters verbindet das dritte Bein 130 mit dem Anschluss 70.

Die zweite Schleife 50, auch rechteckig geformt, ist im Wesentlichen innerhalb der ersten Schleife 40 bei einem Abstand S = 60 Mikrometer von dem ersten Leiter 40 angeordnet. Die zweite rechteckig geformte Schleife 50 hat Außenmaße D3 × D4, wobei D3 = 110 Mikrometer und D4 = 110 Mikrometer. Die Leiter haben eine Breite W = 10 Mikrometer.

Der zweite Leiter hat einen ersten Anschluss 80 und einen zweiten Anschluss 90. Unter Bezugnahme auf 2 ist der erste Anschluss 80 bei einem Abstand S vom ersten Anschluss 60 entlang des ersten Leiters angeordnet. Am Anschluss 80 zweigt der Leiter 50 vom ersten Bein 110 des Leiters 40 in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung ab, um bei einem Abstand S entlang des vierten Beins 140 des Leiters 50 zu verlaufen. Daher hat der zweite Leiter 50 ein erstes Bein 150, welches senkrecht zum ersten Bein 110 des ersten Leiters 40 gerichtet ist. Das zweite Bein 160 des Leiters 50 verläuft parallel zum dritten Bein 130 des Leiters 40 bei einem Abstand S von ihm. Das dritte Bein 170 des Leiters 50 verläuft parallel zum zweiten Bein 120 des Leiters 40. Das vierte Bein 180 des Leiters 50 verläuft parallel zum ersten Bein 110 des Leiters 40, das erste Bein 150 überkreuzend, bevor es das Bein 140 am Anschluss 90 kontaktiert.

3 ist eine Querschnittansicht der in 2 gezeigten Induktionsvorrichtung 10 entlang A-A, wie sie in der Richtung der Pfeile A gesehen wird. Die Induktionsvorrichtung 10 ist auf einem Substrat 200 angeordnet.

Ein niedrigerer Anteil 210 des zweiten Leiters 50 ist direkt auf dem Substrat 200 angeordnet. Über dem Leiteranteil 210 ist eine dielektrische Schicht 220, welche ihn von dem vierten Bein 180 des Leiters 50 isoliert. Auf diese Weise verläuft das erste Bein 150 unter dem vierten Bein 180 des Leiters 50.

Eine erste dielektrische Schicht 215 ist auf dem Substrat zwischen der dielektrischen Schicht 220 und dem Substrat angeordnet, welche das Substrat außer an der Stelle des Leiteranteils 210 bedeckt. Eine Durchgangsöffnung 230 in der dielektrischen Schicht 220 stellt eine Verbindung zwischen dem Leiteranteil 210 und dem verbleibenden Teil des Leiters 50 bereit.

Auf der linken Seite der 3 ist das erste Bein 110 des ersten Leiters 40 gezeigt, und auf der rechten Seite der 3 ist das dritte Bein 130 des Leiters 40 gezeigt. Die Dicke des Leiters ist, wie in 3 gekennzeichnet, T = 1 Mikrometer, und die Leiter sind aus Aluminium mit einer Leitfähigkeit von 3,5 × 107 S/m hergestellt.

Die oben beschriebene Ausführungsform der Induktionsvorrichtung stellt einen Widerstandswert von 1,3 Ohm bei 1 GHz bereit, welcher etwa die Hälfte des Widerstandswerts für eine einfache Schleife ist. Diese Verringerung des Widerstands führt zu einem erhöhten Q-Wert für das Induktionsmittel, wie unten besprochen.

4 ist eine Draufsicht der Induktionsvorrichtung, um ihre Funktion zu veranschaulichen. Ein in den Anschluss 20 eingespeister Strom i1 wird zwischen den Leitern 40 und 50 an der Verzweigung 80 geteilt, so dass ein Strom i2 in den Leiter 40 fließt und ein Strom i3 in den Leiter 50 fließt.

Der Strom i2 verursacht ein Magnetfeld in der Nähe des Leiters, mit einer Richtung wie durch die magnetische Flußlinie 240 veranschaulicht. Auf dieselbe Weise verursacht der Strom i3 ein Magnetfeld in der Nähe des Leiters 50, mit einer Richtung wie durch die magnetische Flusslinie 250 veranschaulicht. Wie in der 4 veranschaulicht, werden die magnetischen Flüsse der zwei Leiter im Raumbereich zwischen den Leitern derart überlagert, dass der magnetische Fluss 240 mit dem magnetischen Fluss 250 zusammenwirkt. Dadurch wird der gesamte magnetische Fluss im Raumbereich zwischen den Leitern erhöht. Mit anderen Worten überlagern und verstärken der durch den Strom i2 erzeugte magnetische Fluss und der durch den Strom i3 erzeugte magnetische Fluss den magnetischen Fluss in einem Raumbereich zwischen den Leitern.

Der Strom i2 verursacht auch ein Magnetfeld weiter weg vom Leiter 40, wie durch die magnetische Flusslinie 260 veranschaulicht. Die magnetische Flusslinie 270 veranschaulicht das durch den Strom i3 erzeugte Feld im Leiter 50. Aus 4 wird verständlich, dass das Magnetfeld weit vom Leiter 40 dem Magnetfeld weit vom Leiter 50 entgegengesetzt sein wird. Daher wird das reine magnetische Fernfeld effektiv verringert oder aufgehoben. Dies hat den Vorteil, den elektromagnetischen Interferenzeffekt auf andere Schaltungen oder Komponenten, welche in der Nähe einer die Induktionsvorrichtung 10 umfassenden Schaltung platziert sind, zu verringern oder zu beseitigen.

Aus der elektromagnetischen Theorie erinnert man sich, dass die magnetische Feldstärke eines Stroms mit dem Abstand r von dem Leiter, in welchem der Strom fließt, abnimmt. Aus 4 ist intuitiv verständlich, dass das durch den Strom i3 erzeugte Magnetfeld bei einem Abstand, welcher viel größer als der Abstand S zwischen den Leitern ist, den Wert des durch den Strom i2 erzeugten Magnetfelds erreichen wird, allerdings mit entgegengesetzter Richtung, wenn die Amplitude des Stroms i2 gleich der von i3 ist. Daher werden sich die magnetischen Felder gegenseitig aufheben und das Netto-Magnetfeld weit von der Induktionsvorrichtung 10 erreicht den Nullwert. Das Prinzip dieses Effektes ist auf der rechten Seite der 4 veranschaulicht, wo ein Ring mit einem Punkt darin eine magnetische Flußlinie, welche aus dem Papier heraus auf den Leser gerichtet ist, veranschaulicht und ein Ring mit einem X darin eine magnetische Flußlinie, welche in das Papier hinein gerichtet ist, veranschaulicht. Der Strom i2 erzeugt den Fluss &PHgr;2 bei einem Abstand r2 vom Leiter 40. Der Strom i3 erzeugt den Fluss &PHgr;3 bei einem Abstand r3 vom Leiter 50. wenn r3 – r2 » S, heben sich die Flüsse &PHgr;2 und &PHgr;3 im Wesentlichen gegenseitig auf, weil sie etwa denselben Wert haben und entgegengesetzt sind.

Der Qualitätsfaktor Q einer Schaltung ist im Allgemeinen definiert als das Verhältnis des Blindwiderstandes der Schaltung zu seinem entsprechenden Reihenwiderstand. Für eine Schaltung mit einer Induktivität und einem Reihenwiderstand ergibt dies den folgenden Ausdruck: Q = &ohgr;L/R(1)

Verglichen mit herkömmlichen Induktoren stellt die Induktionsvorrichtung 10 einen höheren Q-Wert für eine vorgegebene Induktivität bereit. Ein Aspekt dieses Effekts kann intuitiv anhand der Konstruktion der in 4 gezeigten Induktionsvorrichtung, unter Beachtung des Reihenwiderstands der Leiter 40 und 50 verstanden werden. Vom Standpunkt des elektrischen Widerstandes können die Leiter 40 und 50 als zwei parallele Widerstände betrachtet werden. Der Netto-Widerstand von zwei parallelen Widerständen ist geringer als der Widerstand eines einzelnen Widerstandes. Wendet man die oben stehende Definition des Qualitätsfaktors auf die Induktionsvorrichtung 10 an, wird man feststellen, dass eine Erniedrigung des Widerstandes einen niedrigeren Wert des Nenners R ergibt, wodurch der Q-Wert erhöht wird. Daher stellt die Induktionsvorrichtung 10 einen höheren Q-Wert für eine vorgegebene Induktivität bereit.

Der Induktionswert L und der Widerstandswert R, und der entsprechende Q-Wert, welcher vom Induktionsmittel 10 bereitgestellt wird, können durch Anwendung der Maxwellschen Gleichungen auf die Struktur berechnet werden, welche oben unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben wurde. Aus den Maxwellschen Gleichungen lässt sich erkennen, dass der Induktionswert wie folgt erhältlich ist:

wobei
A
das Vektorpotential ist;
J *
das komplexkonjugierte des Stromdichtevektors ist;
Vcoil
das Volumen der leitenden Spule ist; und
I
der Eingabestrom an die Spule ist;

Der Widerstand R der Induktionsvorrichtung 10 ist aus folgendem Ausdruck erhältlich:

wobei
&sgr;
die Leitfähigkeit des Leiters ist.

Anwendung der Gleichungen (2) und (3) in Gleichung (1) ergibt den Q-Wert für die Induktionsvorrichtung 10.

Für den Zweck, die Funktion der Induktionsvorrichtung 10 in einer Anfangsphase zu bestätigen, wurde von den Erfindern eine numerische dreidimensionale Simulation des elektromagnetischen Feldes auf einem Computer, unter Verwendung von dem Fachmann bekannten Software-Programmen, wie das Analysemodul ELECTRATM und OPERA-3dTM der Vector Fields Ltd. in England durchgeführt.

Eine passive Induktionsvorrichtung 10 gemäß der Erfindung ist geeignet, um in einer integrierten Schaltung bereitgestellt zu werden. Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform, unter Bezugnahme auf 2 und 3, kann die Induktionsvorrichtung 10 unter Verwendung herkömmlicher Silizium-CMOS-Fertigungstechnologie hergestellt werden. Der Herstellungsprozess für die Induktionsvorrichtung 10 ist im Wesentlichen der gleiche, wie der für die Herstellung herkömmlicher Spiralinduktoren. Die Tatsache, dass herkömmliche Herstellungstechnologien ohne jegliche Änderungen und ohne jegliche zusätzliche aktive Schaltungsmittel verwendet werden können, bedeutet, dass die Herstellung einer integrierten Version der Induktionsvorrichtung 10 bei niedrigen Kosten erfolgen kann.

5 ist eine Draufsicht einer Induktionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Ein Strom i1 wird in den ersten Anschluss 20 eingespeist, und bei einer Verzweigung 280 wird er in einen zweiten Strom i2 und einen dritten Strom i3 geteilt. Von der Verzweigung 280 fließt der zweite Strom i2 in eine innere Leiterschleife 290, und der dritte Strom i3 fließt in eine äußere Schleife 300. Ein Leiterteil 310 verbindet den Anschluss 30 mit der inneren Schleife bei einer Verzweigung 320. Zwischen dem Anschluss 30 und der Verzweigung 320 verläuft der Leiter 310 über dem Leiter 300 bei 330. Der äußere Schleifenleiter 300 ist über eine Kreuzung 340 mit der Verzweigung 320 verbunden.

6 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Induktionsvorrichtung. Die in 6 gezeigte Induktionsvorrichtung 350 beinhaltet zwei weitere Leiterschleifen 360 und 370, welche in der Mitte einer Induktionsvorrichtung, wie sie oben stehend unter Bezugnahme zur 4 beschrieben wurde, enthalten sind. Auf diese Weise sind vier Schleifen definiert, eine in der anderen enthalten, und ein in den Anschluss 20 eingeführter Strom i1 wird in vier Ströme i2, i3, i4 und i5 geteilt. Diese Leiterschleifen 40, 50, 360 und 370 sind derart gekoppelt, so dass die durch die Leiterströme erzeugten Magnetfelder im Raumbereich zwischen zwei benachbarten Leitern übereinstimmen. Mit anderen Worten wird der magnetische Fluss, welcher durch zwei benachbarte planare Leiter erzeugt wird und senkrecht zur Ebene der Leiter gerichtet ist, verstärkt.

6 zeigt, dass ein Strom i1, welcher in den ersten Anschluss 20 eingespeist wird, an einer Verzweigung 380 in einen Strom i2 und einen Strom i3' geteilt wird. Der Strom i3' wird an einer Verzweigung 390 in einen Strom i3 und einen Strom i1' geteilt. Der Strom i1' versorgt die zwei inneren Schleifen.

Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird der Reihenwiderstand einer einzelnen Leiterschleife verringert. Dies wird durch das Bereitstellen dickerer Metalldrähte erreicht, welche durch Standard-Silizium-Technologie durch Verbinden mehrerer Metallschichten mit Durchgangsanordnungen verwirklicht sind. Solche mehrfachen Metallschichten mit Durchgangsanordnungen sind in dem Artikel „Microwave Inductors and Capacitors in Standard Multilevel Interconnect Silicon Technology" (IEEE Transactions on Microwave Theory and Technique, Bd. 44, Nr. 1. Januar 1996) beschrieben, dessen Inhalte hier durch Bezugnahme eingeschlossen sind. Auf diese Weise kann eine Induktionsvorrichtung mit einer wie in der Draufsicht der 2 gezeigten Geometrie erhalten werden. 7 ist eine Querschnittansicht einer Induktionsvorrichtung entlang A-A, wie sie in Richtung der Pfeile A gesehen wird, ähnlich der in 2 gezeigten, wenn gemäß der vierten Ausführungsform hergestellt.

Die Ausführungsform der 7 stellt eine monolithische mikrowellen-integrierte Schaltung bereit, wobei die Schleifen unter Verwendung von BiCMOS-Technologie hergestellt sind. Wie in der 7 veranschaulicht, hat das Silizium-Substrat vier Leiterschichten, welche als M1, M2, M3 und M4 bezeichnet sind. Das Substrat 400 ist ein p-Silizium-Substrat mit einem Oxid 410. Mit dem Ziel dickere Leiter zu erhalten, werden wie veranschaulicht Durchgänge 420 bereitgestellt, um die Schichten M1, M2, M3 und M4 zu verbinden. Daher kann eine Induktionsvorrichtung mit der in den 2 und 3 angedeuteten Geometrie mit mehreren Leiterschichten erhalten werden, wodurch der Reihenwiderstand weiter verringert und der Q-Wert vergrößert wird.

8 ist eine schematische Darstellung noch einer anderen Ausführungsform der Induktionsvorrichtung. Die Induktionsvorrichtung beinhaltet einen Anschluss 20 und einen Anschluss 30 und jeweils zwei Leiterschleifen 450 und 460, um die Anschlüsse elektrisch zu verbinden. Die erste Schleife 450 ist ein verlängerter Leiter, welcher beginnend vom Anschluss 20 einen ersten Teil 470 einer bestimmten ersten Länge, eine 180°-Kurve 480, einen zweiten Teil 490, welcher parallel zum ersten Teil 470 verläuft, eine 90°-Kurve 500 und eine Wegunterführung 510 aufweist, bevor sie sich einer Leiterverzweigung 520 anschließt, welche mit dem zweiten Anschluss 30 verbunden ist. Die zweite Schleife 460 ist ein verlängerter Leiter, welcher beginnend vom Anschluss 30 einen ersten Teil 530 einer bestimmten zweiten Länge, eine 180°-Kurve 540 weg von der ersten Schleife, einen zweiten Teil 550, welcher parallel zum ersten Teil 530 verläuft, eine 90°-Kurve 560 und eine Wegunterführung 570 aufweist, bevor sie sich dem ersten Teil 470 der ersten Schleife 450 an einer Verzweigung 580 anschließt. Die zweite Länge ist vorzugsweise im Wesentlichen gleich zu ersten Länge. Die Geometrie der Induktionsvorrichtung ist derart, dass ein in den Anschluss 20 eingeführter Strom in beiden Schleifen gegen den Uhrzeigersinn laufen wird. Darüber hinaus ist die Geometrie derart, dass die Richtung des Stroms in einer Leiterstrecke 470 entlang eines Hauptteils der Schleifenlänge antiparallel zur Richtung des Stroms in einer benachbarten Leiterstrecke 490, 530 ist. Daher kombiniert das durch jeden Leiterstrom erzeugte magnetische Nahfeld mit dem durch den Strom in einem benachbarten Leiter erzeugten magnetischen Nahfeld, so dass das kombinierte Magnetfeld in einem Raumbereich zwischen den Leitern größer als das durch jeden der Leiter in diesem Raumbereich erzeugte Magnetfeld ist.

Obwohl Obenstehendes jeweils explizit zwei Schleifen und vier Schleifen beschreibt, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Schleifenzahlen beschränkt ist. Durch Entfernen der innersten Schleife in 6 wird beispielsweise eine Induktionsvorrichtung mit drei Schleifen bereitgestellt. Alternativ kann eine zusätzliche Anzahl von Schleifen um die Schleife 40 oder innerhalb der Schleife 370 angeordnet werden. Daher beinhaltet der Anwendungsbereich der Erfindung eine Mehrfachschleifen-Induktionsvorrichtung.

Die in den Figuren gezeigten rechteckigen Schleifen sind lediglich Beispiele. Es ist auch möglich, Schleifen mit einer anderen Geometrie, wie hexagonal oder kreisförmige Leiterschleifen, bereitzustellen.

Die beschriebene Induktionsvorrichtung kann auch auf andere Weisen hergestellt werden, z.B. mit Leitern auf Dickfilm-Schaltungen und Dünnfilm-Schaltungen.


Anspruch[de]
Ein Induktionsmittel (10) umfassend:

einen ersten und einen zweiten Anschluss (20, 30); wenigstens zwei Leiter (40, 50; 450, 460), wobei jeder Leiter eine Schleife zwischen den Anschlüssen (20, 30) ausbildet;

dadurch gekennzeichnet, dass

die Leiter derart mit den Anschlüssen verbunden sind, dass ein dem ersten Anschluss zugeführter Strom (i1) zwischen den Leitern (40, 50; 450, 460) geteilt wird, wobei jeder Strom (i2, i3) ein Magnetfeld (240, 250) erzeugt;

die Leiter derart angeordnet sind, dass entlang eines Hauptteils der Leiterschleifenlänge die Richtung des Stroms in einer Leiterstrecke (170; 470) antiparallel zur Richtung des Stromes in einer benachbarten Leiterstrecke (120, 150; 490, 530) ist; und dass

das durch die Leiterströme (i2, i3) erzeugte kombinierte Magnetfeld in einem Raumbereich zwischen jedem der Leiter größer als das Magnetfeld der Leiter in diesem Raumbereich ist.
Das Induktionsmittel (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Leiter (40, 50) verlängerte planare Leiter sind. Das Induktionsmittel (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Leiter (40, 50) im Wesentlichen längsseitig zueinander angeordnet sind. Das Induktionsmittel (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenigstens einer der Leiter (50; 290) derart ausgestaltet ist, dass er sich selbst wenigstens einmal überkreuzt (210; 330, 340). Das Induktionsmittel (10) gemäß Anspruch 4, wobei der überkreuzende Leiter (50) derart ausgestaltet ist, dass er eine verdrillte Schleife bildet. Das Induktionsmittel (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ströme in benachbarten Leitern in entgegengesetzten Richtungen fließen. Das Induktionsmittel (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 umfassend mehr als zwei Leiterschleifen (40, 50, 360, 370). Das Induktionsmittel (10) gemäß Anspruch 7, wobei die Leiter (40, 50, 360, 370) derart gekoppelt sind, dass die durch die Leiterströme erzeugten Magnetfelder in einem Raumbereich zwischen zwei benachbarten Leitern derart überlagert werden, dass das überlagerte Magnetfeld größer als das Magnetfeld, welches durch jeden einzelnen Leiterstrom erzeugt wird, ist. Das Induktionsmittel (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die ersten und die zweiten Anschlüsse (20, 30) in gegenseitiger Nähe angeordnet sind. Ein mikroelektronischer Schaltkreis umfassend ein Induktionsmittel (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9. Ein Substrat eines integrierten Schaltkreises umfassend ein Induktionsmittel (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9. Das Substrat eines integrierten Schaltkreises gemäß Anspruch 11 umfassend:

eine Vielzahl von Leiterschichten (M1, M2, M3, M4), wobei wenigstens einer der Schleifenleiter (40) wenigstens zwei der Leiterschichten (M2, M3, M4) entlang einem Teil seiner Länge verwendet, wobei die Schichten durch eine Vielzahl von Durchgangsverbindungen (420) verbunden sind.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com