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JPS6315405A - 混成集積回路用方形トロイド形変成器 - Google Patents

混成集積回路用方形トロイド形変成器

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Publication number
JPS6315405A
JPS6315405A JP62051835A JP5183587A JPS6315405A JP S6315405 A JPS6315405 A JP S6315405A JP 62051835 A JP62051835 A JP 62051835A JP 5183587 A JP5183587 A JP 5183587A JP S6315405 A JPS6315405 A JP S6315405A
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JP
Japan
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group
conductors
strip
strip conductor
bonding wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP62051835A
Other languages
English (en)
Inventor
ウォルター・ビー・メイネル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Tucson Corp
Original Assignee
Burr Brown Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Burr Brown Corp filed Critical Burr Brown Corp
Publication of JPS6315405A publication Critical patent/JPS6315405A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、基板上の印刷導体とワイヤポンディグルー
プとを利用して単一のトロイダルコアの)到り)て−次
巻線及び二次巻線を形成した混成集積回路変成器に、更
に詳しくは方形トロイダルコアを備えたその種の変成器
に関係している。
1978年7月25日に発行されたオルンエフスキ(O
lschewski )の米国特許第4103267号
「ハイブリッド変成器素子(HYBRID TRA−N
SFORMERDEVICE )Jは最も近い従来技術
を示している。これに開示されたノ・イブリッド変成器
素子はその2μ受入により市販の混成集積回路分離増幅
器及びDC−DC変換器において広く使用されている。
商業的に大きい成功ではあるけれども、このオルシェフ
スキ特許に記載されたトロイド形混成集積回路変成器を
含む混成集積回路にはその歩留り及び性能を低下させる
幾つかの問題が存在する。
一つの問題は、−次及び二次巻線の実際の最大巻数が所
望のものよりもかなり少なく、従って一次及び二次イン
ダクタンスが所望値よりも低いことである。この低い一
次インダクタンスのために比較的大きい一次電流を一次
巻線に流さなければならず、従って望ましいと思われる
よりも高い電流容量を持った比較的高価な、駆動トラン
ジスタを用いることを必要とする。必要とされるこの高
いtitレベルは、オルシェフスキ特許のトロイド形混
成IC変成器を組み込んだ製品の製作費の増大及び信頼
性の減小につながる。
別の更に厳しい問題は、−次及び二次巻線に許容可能な
最大の巻数が施されて十分な一次巻線インダクタンス及
び/又は−次を線に加えられる信号の十分な増幅が与え
られるようKする場合、−次巻線及び二次巻線の両極端
部の導体がわずか10ミル(約0.25 mm ) シ
か離れていないことである。
この10ミルの短いギャップが一次巻線と二次巻線との
間のアーク放電発生という厳しい問題を生じてきた。更
に、−次巻線数及び二次巻線数を含む最大の全巻数は、
使用された内径197ミル(約5朋)及び外径375ミ
ル(約9.5 mm )のトロイド形フェライトコアに
対しては39にすぎない。
しばしば、十分な一次巻線インダクタンス及び/又は十
分な電圧増幅を達成するために39をかなり越えた全巻
数を有することが望ましいであろう。
デュポン(Dupont )から商品名「パリレン(P
ARYLENE )Jで市販されている非常に高価な誘
電体を使用したにもかかわらず、且つ又押挿のDI(脱
イオン水)水洗及びアルコール清浄段階を用いて可能性
のあるすべてのイオン汚染を除去した後基板をハリレン
誘電体膜で被覆したにもかかわらず、−次及び二次巻線
の近接した端部点におけるアーク放電発生による製品の
破損は継続した障害源であって、製造の歩留りを制限し
、製造費ヲ増大し、且つオルシェフスキのトロイド形変
成器を用いたDC−DC変換器及び分離増幅器の製品の
電圧破壊規格を制限してきた。
オルシェフスキ素子のよ5に通常の混成集積回路製造工
程と「工程互換性」があり、オルシェフスキ混成変成器
の必要とする大きい一次駆動電流を必要とせず、オルシ
ェフスキ混成変成器よりも相当に高い製造の歩留り率、
似顔の費用、高い製品信頼性、はるかに高い分離破壊電
圧を持った改良トロイド形変成器を提供することは非常
例望ましいことであろう。
明らかに、今日まで、単一の方形フェライトコアを備え
た変成器が他の応用装置において広く使用されてきたに
もかかわらず、オンシェフスキ特許に開示された一般形
式の方形混成集積回路を提供することをだれも思い付か
なかったが、これは小形の方形トロイド形変成器の使用
が実用的なものであって分離増幅器及びDC−DC変換
器のような高電圧超小形電気裂品において著しい利点を
生じるに至るという技術的な認識がなかったためである
その代わりに、混成集積回路におけろ最新技術は、オル
シェフスキ特許に開示された円形フェライト裂トロイド
の混成集積回路変成器素子を使用するか又は「手巻き式
の」円形トロイド形変成器素子を使用するかしてきた。
手巻き式円形トロイド形変成器は一般に「ボビン」とし
て役立つ二つのU形又はE形フェライトコア部分からな
っていて、これに専ら電線からなる一次巻線及び二次巻
線が巻かれている。このフェライトコアの二つの半部を
互いにしっかりと固定するために、扱いにくいクリップ
装置が設けられている。このような「半部コア」の「端
面」部分間のギャップを最小化するように互いに精密に
合うように、非常洸精密に機械加工された「半部コア」
端面が進備されている。そのようなトロイド形変成器素
子を用いた高電圧製品はこれの製作費のために又は−次
及び二次巻線の近接した端部部分間の前述のアーク放電
発生のために非実用的であることがわかっている。オル
シェフスキ混成変成器の前述の39回巻きを達成するた
めに、各巻線の一部分を形成するワイヤボンド間にわず
が6ないし7ミル(約0゜15〜0.18mm)の中心
間間隔を与えろことが必要である。この中心間間隔は3
ミル(約0.08 =m)幅の金属化条片をわずか3な
いし3.5ミル(約0゜08〜0.09mm)nLで配
置することを必要とする。このような近接した間隔は現
在の技術水憔を厳しく圧迫し、且つ実際に許容可能であ
る以上に製造歩留りを減小させる。
しかしながら、方形の変成器は細小形電子回路以外の諸
装置に普通に使用されている。しばしば、方形変圧器は
「ボビン」を構成する別別のコア部分からなっていて、
これに−次巻線及び二次巻線がそれぞれ巻かれている。
これらのコア部分は次にその端部点において同じ材料の
付加的コア部分によって取り付けられて、方形トロイド
構造を形成している。このような変成器素子は通常紙分
パ(電圧装置に利用されている。しかしながら、この方
形コア形態は一次及び二次巻線の導線間の最小間隔を増
大させろようには浄備されておらず、ただ製造の都合の
ために進備されている。
注目するべきことであるが、近年混成IC製造技術に比
較的少数の主要な変化があった。最新の技術水準は、前
述のオルシェフスキ特許、1973年3月15日発行の
日本国特許公開48−22737号、米国特許第310
4377号、同第3675095号、同第376493
8号、同第4188651号、英国特許第811295
号、同第1469944号、西独特許第119756)
号、同第2723363号によって示されている。
オルシェフスキ特許に記載された一般形式の変成器であ
って、増大したインダクタンスを与え、−次巻線及び二
次巻線間のアーク放電発生による損傷を受けることがは
るかに少なく、製造工程に新しい難点を導入せず、且つ
従来の型造工程を簡単化するような改良形変成器に対す
る継続した必要性が存在する。
発明の要約 従って、前述のオルシェフスキ変成器と同じ寸法の空洞
にはめ込むことができ、通常の混成集積回路製造工程と
等しく互換性があり、しかも巻線数を相当に増大させ且
つ一次巻線インダクタンスを相当に増大させる改良形混
成集積回路変成器を提供することがこの発明の目的であ
る。
分離増幅器及びDC−DC変換器のような高電圧分離混
成集積回路製品において必要とされる一次駆動電流の量
を減小させることがこの発明の別の目的である。
一次巻線及び二次巻線間のアーク放電発生による故障を
なくてることによって集積回路変成器をし、要とする高
電圧構成部品の製造歩留りを改善することがこの発明の
別の目的である。
変成器を利用した製品に対する混成集積回路製造工程を
簡単化することがこの発明の別の目的である。
一実施例に従って簡単に説明すると、この発明は、絶縁
基板上の金属化条片から形成された複数の平面状平行導
体をそれぞれ含んでいる二つの群を持ったセラミック基
板を備えた混成集積回路変成器を提供する。平面状導体
のそれぞれの中間部分上には誘電体層が施されて(・る
が、これらの導体の端部点は露出している。この発明の
大抵の実施例においてはパリレン誘電体物質で基板を被
覆することなく誘電体層に?縁材料事前被覆の方形フェ
ライト製トロイド形コアが接着剤で固定されている。こ
の発明の既述の実施例においては、二つの平行な群の条
片導体がトロイドの反対側アームに対してわずかな角度
をもって施されている。
複数のワイヤボンディング導体が、第1群のそれぞれの
条片導体の一端部においてボンド付けされ、トロイドの
アーム上で輪知され、そして方形フェライトコアの一方
の脚部の軸に垂直な平面内で第1群の条片導体の近接し
たものの反対側端部にボンド付けされて、太巻数の一次
巻線が形成されている。二次巻線シま方形フェライトコ
アの反対側アーム上に同様に形成されて、多数の二次巻
線が与えられているが、これらはすべて方形フェライト
コアの残りの二つのアームの長さに等1−い距離だけ互
いに分離されている。フェライトコアの残りの二つのア
ームの長さは十分に大きいので高度の分離が与えられ且
つこれにより約1500ボルトAC−jべての破壊電圧
定格に対しては基板にパリレン誘電体被覆を施すことな
く一次巻線及び二次巻線間のアーク放電発生が防止され
、且つ又トロイドの残りの二つのアームは十分に長いの
で、ワイヤボンディング機械の毛管部が後退して十分な
長さのボンディングワイヤをほどき方形フェライトコア
のアーム上で輪にしてセラミック基板上の近接した条片
導体の反対側端部への前述のボンディングを行うだめの
十分な空間が与えられる。
発明の説明 今度は図面について述べると、混成集7漬回路変成器1
は、セラミック基板面2上に配置された方形のフェライ
ト製トロイド3を備えている。トロイド3には四つの「
アームJ3A、3B、3C及び3Dがある。基板2上に
はトロイド3のアーム3Dの下に複数の金属条片導体6
が配置されて、変成器1の複数の一次巻線ターンの下部
部分を構成している。同様に、基板2上にはアーム3へ
の下に複数の隔置された金属条片導体8が配置されて、
複数の二次巻線ターンの下方部分を形成している。
図4の断面図に最もよく見られるように、フェライト製
トロイド3には絶縁性被覆16が施されている。条片導
体6及び8のすべてを極端部分以外は絶縁性の層17で
覆ってそれらをフェライト製トロイド3から更に絶縁す
ることが望ましい。
−次巻線には「リードインJ導体12及び13があって
、これらは図1に最もよく見られるように一次巻線の最
外部の条片導体6と一体になっている。
一次巻線には又複数のボンディングワイヤループ5があ
って、これらのそれぞれはその左端部が条片導体6の一
つの露出した左端部分の一方に「ス少ツチボンド付け」
すなわちワイヤボンド付けされている。各ボンディング
ワイヤループの右端部は条片導体6の近接したものの露
出した右端部分にボールボンド付けされている。
同様に、二次巻線は条片導体8で構成されている。二つ
の「リードイン」導体9及び11が最外部の条片導体8
と一体になっており、又中心タップ導体10が条片導体
8の中間のものと一体になっている。二次巻線の各ター
ンには父方形トロイド3上で輪になっており且つ近接の
条片導体8の露出端部分の反対側端部にボンド付けされ
たボンディングワイヤがある。
ボンディングワイヤループのそれぞれはトロイド3の上
面を平たんに横切っている。各ボンディングワイヤルー
プは又二つの鋭く傾斜した「脚部」を備えており、これ
の両底端部は別々の近接した導電性条片8の露出端部に
ボールボンド付は及びス仝ツチポンド付げされている。
例えば、図4において、ボンディングワイヤループ7に
は左の傾斜脚部7Aがあって、 これの底部は条片導体
8の一つの左端部8−Aに20−への所でボールボンド
付けされている。
ボンディングワイヤループ7の中間部分7Cはトロイド
3の上面を横切っている。右側の部分7Bは部分7Cの
端部から、条片導体8の近接したものの右端部8−Hに
取り付けられているス仝ッチポンド20Bまで下方へ鋭
く傾斜している。
図3及び図5に最もよく示されたように、条片導体8(
且つ又条片導体7)のそれぞれの中間部分は(基板2の
平面内で)周囲に巻線が形成されているトロイド3の脚
部に対してわずかに傾斜している。例えば、条片導体8
−1はその右露出端部分8−IBが近接の条片導体8−
2の露出左側部分8−2人と同じレベルになっている。
ボンディングワイヤループ7−2はその左端部が条片導
体8−2の露出端部分8−2人にボールボンド付けされ
、且つボンディングワイヤループ7−2の右端部は条片
導体8−1の露出端部分又はパッド8−IBにスナ、チ
ポンド付けされている。変成器1の一次巻線及び二次巻
線のその他のターンのすべては同様に形成されている。
図3及び5に最もよく見られるように、各条片導体の露
出端部ボンディングパノド部分は、このポンディングパ
ッドにスチンチ付けされたボンディングワイヤループに
平行であり且つ水平であるものとして示されている。図
5の8−2のような中間傾斜部分は基板2の平面内でわ
ずかに傾斜している。
各図に示されたように、ボンディングワイヤループのそ
れぞれは、周囲に巻線が形成されているトロイド3のア
ームの長手軸に精密に垂直な平面内にある。フェライト
製トロイド3の上方縁部に沿ってのボンディングワイヤ
ループ5及び7の「ローリング」を避けるためには条片
導体ではなくボンディングワイヤループがトロイドのア
ームの軸に対して精密に垂直になっていることが重要で
ある。そのようなローリングは究極的には隣り合ったボ
ンディングワイヤループ間の電気的短絡を引き起こし、
巻線のインダクタンスを減小さ吃ることになり得るであ
ろう。
ボンディングワイヤループ5及び7の端部を、これに対
して傾斜しているのではなくて平行である条片導体のパ
ッド部分にス壬ツチボンド付けするのが太いに望ましい
ことが判明している。図6及び7はこれが事実である理
由を図解している。
図6において、ボンディングワイヤループ7は傾斜した
条片導体22の「傾斜した」ボンディングバンド部分て
ス+ ノチボンド付けされている。技術に通じた者は知
っていることであるが、代表的な熱圧着ワイヤボンディ
ング毛管は、スナツチボンド20Bの分割端部20B及
び20Cによって示されたように、ボンディングワイヤ
の端部を分割する煩向がある。点線21は金属ポンディ
ングパッドとの電気的接触が行われるべきス多ノチボン
ドの部分を示して−・るが、これはボンディングワイヤ
が供給される熱圧着ボンダの毛管又は針によって最大圧
力が加えられろ区域である。
電気的接触区域21を通る断面図を示している図7にお
いては、条片導体22のボンディングバンド部分の上面
22Aが実際上幾分ドーム形をしているのが見られる。
従って、有効なス手°ツチボンディング区域21が条片
導体22の曲がった上向上で精密に中心配置されていな
い場合には、有効ボンディング面積がそのような湾曲の
ために減小することがある。しかしながら、ポンディン
グパッド区域が図8に示されたようにボンディングワイ
ヤループ7に平行である場合には、有効ボンディング区
域21の不整列は、図9に示されたように傾斜条片導体
23のポンディングパッド端部部分24がボンディング
ワイヤループ7に平行であるときにははるかに起こりに
くい。
前述の構造は、1978年7月25日に発行され且つこ
の出願に援用された前述のでルシェフスキ特許1410
3267号よりも一層容易に混成集積回路工程て受は入
れられる。条片導体6及び8は、通常のように、約0.
6ミル(約0.02mm)の厚さ及び7ミル(約0.1
8 mrH)の幅の金で構成すればよい。各条片は7ミ
ル(約3.18 mm )離して配置すればよい。フェ
ライト製トロイド30穴40寸法が0.5インチ×0.
5インチ(約1.3 cm X約1.3 cm’ )で
ある場合には、同じ基板血清を占める円形トロイドに対
する場合よりもはるかに多い、32ターンもの巻線を一
次巻線及び/又は二次巻線に容易に施すことができる。
一次又は二次巻線に対する巻数が相当に多いと非常に高
い入力インダクタンスが生じるが、これは、−次巻線に
対するピーク駆動電流要件を相当に減小させ、より小さ
し・、より小電力の、より低費用の嘱動電流トランジス
タを利用可能にするので、非常に望ましい。
前述の構造の重要な利点は、破壊電圧定格が1500ボ
ルトAC以下である場合トロイド自体を除いて構造物の
いずれの部分にもパリレン絶縁性物質の被覆を施す必要
がないということである。
更に、パリレンの層を施す前の徹底的な清浄段階が不要
である。はるかに高い一次一二次間破喚電圧、高い一次
巻線インピーダンス、大きい「昇圧」電圧、及びより高
い総合信頼度という′利益は、従来の円形トロイド形変
成器を収容するのに必要とされるのと同じ寸法の空洞に
この発明の方形トロイド形変成器を設けることによって
達成された。
ある場合には方形の開口部4はここでワイヤボンディン
グヘッドを操作する仕事を容易にする。
この発明の混成集積回路変成器の供給は、円形トロイド
を用いて与えられ得る最大の巻線数が37であるのに対
し、0.74インチ(約1.9 am )の正方形基板
区域上の方形トロイドに総数64の巻線を与えることを
可能にすることによって、信頼性のある高電圧DC−D
C変換器及び分離増幅器が従来達成可能であったよりも
低い費用で製造されることを可能にする。円形トロイド
に対する一次及び二次巻線間の最小間隔はわずか7,5
ミルになるが、これは前述のアーク放電発生の問題及び
構造部品の故障てつながる。この発明の場合(では、−
次一二次巻線間間隔は400ミル(約10朋)である。
透磁率、断面積及び磁路長が同じであるならば、方形ト
ロイド形変成器は円形トロイド形変成器の約3倍のイン
ダクタンスを持つ。
これまで特定の実施例についてこの発明を説明してきた
が、技術に通じた者はこの発明の真の精神及び範囲から
外れることなく既述の実施例に押挿の変更を施すことが
できるであろう。実質上同じ方法で実質上同じ機能を果
たして同じ結果を速成でるという点で等価であるすべて
の素子及び方法はこの発明の範囲内てあろものと考えら
れる。
【図面の簡単な説明】
図1はこの発明の方形トロイド形変成器を図示した部分
透視図である。 図2は図1の方形トロイド形変成器の上面図である。 図3は図1の方形トロイド形変成器の一部切除の上面図
である。 図4は図3の切断線4−4に沿った断面図である。 図5はコアを省略した方形トロイドの切除部分の拡大平
面図であってボンディングワイヤ及び条片導体を示した
ものである。 図6は不適当なワイヤボンドを例示した拡大線図である
。 図7は図6の切断線7−7に沿った断面図である。 図8は図1の条片導体の−っておけろ端部の拡大図であ
って適当なワ・イヤボンドを示したものである。 図9は図8の切断線9−9に溢った断面図である。 これらの図面において、1は混成集積同格変成器、2は
基板、3はトロイド、3A、3B、3C。 3Dはアーム、5.7はボンディングワイヤループ、6
,8は金属条片導体、16は絶縁性被覆、17は絶縁体
の層を示す。 ?□+ 咄1 代 理 人  弁理士 湯 浅 恭 三 i(外5名) シーH5oど Err、、、、9

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(a)平面状表面を備えた非導電性基板、 (b)それぞれが内方端部及び外方端部を備えている、
    平面状表面に付着した第1群及び第2群の平行金属条片
    導体、 (c)各条片導体の内方端部と外方端部との間にあるこ
    の導体の中間部分上の誘電体物質であって、内方端部及
    び外方端部が張り出している前記の誘電体物質、 (d)誘電体物質で被覆され且つ第1、第2、第3及び
    第4のアームを備えた単一の方形磁心であって、第1及
    び第3のアームが平行であり且つ第2及び第4のアーム
    が平行であり、第1群の条片導体が第1アームの下にあ
    り且つ第2群の条片導体が第3アームの下にある、前記
    の方形磁心、 (e)方形磁心を条片導体の上方で誘電体物質に接着す
    る接着剤の層、並びに (f)第1群の一つの条片導体の外方端部及び第1群の
    近接した条片導体の内方端部にそれぞれワイヤボンド付
    けされた第1端部及び第2端部を備え且つ第1アーム上
    で輪を作っていて一次巻線を形成している第1群のボン
    ディングワイヤ導体、並びに第2群の一つの条片導体の
    内方端部及び第2群の近接した条片導体の外方端部にそ
    れぞれワイヤボンド付けされた第1端部及び第2端部を
    それぞれ備え且つ第3アーム上で輪を作っていて二次巻
    線を形成している第2群のボンディングワイヤ導体、 を備えている、混成集積回路に使用するための混成変成
    器素子。
  2. (2)方形磁心がフェライトであり且つ条片導体が金で
    あり且つボンディングワイヤが金である、特許請求の範
    囲第2項に記成の混成変成器素子。
  3. (3)ワイヤボンドのそれぞれが方形磁心の第1アーム
    の長手軸に垂直なそれぞれの平面内にある、特許請求の
    範囲第1項に記載の混成変成器素子。
  4. (4)条片導体のそれぞれが約7ミルの幅であり且つ第
    1群の隣り合った条片導体間の間隔が約7ミルであり且
    つ第2群の隣り合った条片導体間の間隔が約7ミルであ
    る、特許請求の範囲第3項に記載の混成変成器素子。
  5. (5)磁心の内4側寸法が0.5インチ×0.5インチ
    であり且つその外側寸法が0.7インチ×0.7インチ
    である、特許請求の範囲第4項に記載の混成変成器素子
  6. (6)条片導体のそれぞれが、ワイヤボンドの信頼性を
    改善するために、それぞれボンド付けされたボンディン
    グワイヤループと同一平面上にある二つの露出した端部
    部分を備え且つ又ボンディングワイヤループの平面に対
    して傾斜した中央部分を備えている、特許請求の範囲第
    3項に記載の混成変成器素子。
  7. (7)(a)各条片導体が内方端部及び外方端部を備え
    ている第1群及び第2群の平行金属条片導体を非導電性
    基板上に準備する段階、 (b)内方端部と外方端部との間の各条片導体の中間部
    分の上に、内方端部及び外方端部が誘電体物質の層から
    張り出すようにして、誘電体物質の層を形成する段階、 (c)誘電体物質で被覆され且つ第1、第2、第3及び
    第4のアームを備えていて第1及び第3のアームが平行
    であり且つ第2及び第4のアームが平行である単一の方
    形磁心を、第1群の条片導体が第1アームの下にあり且
    つ第2群の条片導体が第3アームの下にあるようにして
    接着剤で取り付ける段階、 (d)第1アーム上で輪になっており且つ第1群の一つ
    の条片導体の外方端部及び第1群の近接した条片導体の
    内方端部にそれぞれワイヤボンド付けされた第1端部及
    び第2端部を備えている第1群のボンディングワイヤ導
    体を形成し、且つ又第3アーム上で輪になっており且つ
    第2群の一つの条片導体の外方端部及び第2群の近接し
    た条片導体の内方端部にそれぞれワイヤボンド付けされ
    た第1端部及び第2端部をそれぞれ備えている第2群の
    ボンディングワイヤ導体を形成する段階、並びに (e)第1群及び第2群の近接したループ間に1500
    ボルトを越える電圧差を発生させて、これにより混成集
    積回路変成器にパリレンの絶縁性被覆を施すことなく近
    接したループ間のアーク放電発生が避けられるようにす
    る段階、 を含んでいる、混成集積回路変成器を製作し且つ動作さ
    せる方法。
JP62051835A 1986-07-02 1987-03-06 混成集積回路用方形トロイド形変成器 Pending JPS6315405A (ja)

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