Brevet FR2909482A1 — publié le 20080606

Bobinage solénoïde optimisé Domaine technique de l'invention L'invention concerne un bobinage solénoïde rectiligne, plus particulièrement à section transversale rectangulaire, comportant une pluralité de spires rectangulaires disjointes, ayant chacune des dimensions prédéterminées. L'invention s'applique notamment à tous les systèmes inductifs intégrés ou non, du type inductances, transformateur, tête d'enregistrement magnétique, actionneurs, capteurs, etc., requérant de faibles pertes ou une densité de flux magnétique très homogène. L'invention s'applique plus particulièrement aux micro-inductances intégrées. État de la technique II existe depuis de nombreuses années des micro-inductances intégrées avec différents types de bobinage, par exemple du type solénoïde, en spirales, etc. Dans un bobinage en spirales, les spires situées au centre du bobinage contribuent généralement plus aux pertes hautes fréquences que les autres spires. Ces pertes sont classiquement proportionnelles à l'épaisseur de la spire et au cube de sa largeur. De nouvelles formes de spirales ont alors été conçues et proposées, mais leurs gains s'avèrent limités. Un bobinage solénoïde classique présente l'avantage d'avoir une structure périodique, qui limite naturellement les effets de proximité. Cependant, aux bords du solénoïde, les effets de proximité restent très importants. De plus, à 1 2909482 2 l'intérieur du solénoïde, le flux magnétique peut être assez inhomogène, ce qui peut causer des problèmes en présence de matériau magnétique. À titre d'exemple, la figure 1 illustre une inductance 1 intégrée, avec un 5 bobinage 2a en forme de spirale comportant quatre éléments magnétiques 2b, par exemple en forme de trapèze, disposés au-dessus du bobinage 2a, comme décrit notamment dans l'article Bidirectional ferromagnetic spiral inductors using single deposition de B. Viala et al. (IEEE Trans. Magnetics, vol. 41, n 10, pp. 3544-3549, October 2005) et dans l'article Dual spiral 10 sandwiched magnetic thin film inductor using Fe-Hf-N soft magnetic films as a magnetic core de K.H. Kim et al. (Journal of Magnetism and Magnetic Materials 239, 2002, 579-581). Ce type d'inductance 1, à savoir avec un bobinage spirale planaire avec des plans magnétiques, est le plus couramment utilisé en microélectronique, car il est notamment très 15 facilement intégrable. Cependant, les effets de proximité dans le bobinage, et notamment au niveau des spires internes, sont très importants. Ces effets peuvent par ailleurs être encore accrus par la présence d'un matériau magnétique à forte 20 perméabilité, notamment comme décrit dans l'article Investigation of anomalous tosses in thick Cu ferromagnetic spiral inductors de B. Viala et al. (IEEE Trans. Magnetics, vol. 41, n 10, pp. 3583-3585, October 2005) et dans l'article Analysis of current crowding effects in multiturn spiral inductors de W.B. Kuhn et al. (IEEE Trans. Microwave Theory and 25 Techniques, vol. 49, n 1, pp 31-38, January 2001). Pour réduire l'effet des pertes décrites ci-dessus, il a été proposé une inductance 3 en forme de spirale planaire 4, avec une largeur de spire variable, comme représenté sur la figure 2. La réduction de la largeur, 30 notamment des spires internes de la spirale 4, entraîne la limitation de leurs contributions aux pertes. Cependant, cela entraîne également une 2909482 3 augmentation de la largeur des spires externes, afin de conserver à peu près la même résistance statique ( Direct Current ou DC en anglais), comme décrit notamment dans l'article Investigation of Proximity Effects in Ferromagnetic Inductors with Different Topologies: modeling and solutions 5 de A-S. Royet, et al. (Trans. Of the Magnetic Society of Japan, vol. 5, n 4, November 2005). Cependant, le champ magnétique reste toujours très inhomogène, ce qui limite le facteur de qualité de l'inductance. Sur les figures 3a et 3b, une autre forme d'inductance 5 en forme de spirale 10 planaire 6a a été proposée, avec la spirale 6a formée d'une pluralité de lamelles 6b, par exemple trois lamelles 6b sur la figure 3b, pour limiter les boucles de courant induit, comme décrit notamment dans l'article Investigation of Proximity Effects in Ferromagnetic Inductors wil:h Different Topologies: modeling and solutions de A-S. Royet, et al. (Trans. Of the 15 Magnetic Society of Japan, vol. 5, no. 4, November 2005). Cependant, la conductivité du bobinage étant élevée, les boucles de courant ne sont que très peu atténuées et les gains en facteur de qualité sont également relativement faibles. 20 Sur la figure 4, un autre type d'inductance 7 est représenté, avec une pluralité de bobinages solénoïdes 8 rectilignes, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, comme décrit notamment dans l'article A Fully Integrated Planar Toroidal Inductor with a Micromachined Nickel-Iron Magnetic Bar de Chong H. Ahn et al. (IEEE Trans. Components, 25 Packaging and Manufacturing Technology - part A, vol. 17, n 3, September 1994). Dans ce type de géométrie naturellement périodique, les effets de proximités sont moins importants, car, pour les spires 9 au coeur du solénoïde 8, les champs magnétiques créés par leurs voisines se compensent dans une large mesure. 30 2909482 4 Cependant, pour les spires 9 au bord du solénoïde 8, il n'y a pas cette compensation. De plus, à l'intérieur d'une spire 9, il existe un effet de proximité entre les parties inférieures et supérieures de la spire et ces effets peuvent être encore accrus en présence d'un matériau magnétique. De plus, 5 le champ magnétique est inhomogène à l'intérieur du solénoïde 8, ce qui peut poser des problèmes en matière de tenue en courant, lorsqu'un noyau magnétique est utilisé. En effet, si des zones du noyau magnétique voient un champ magnétique 10 plus intense que d'autre, elles seront facilement saturées et l'inductance 7 sera très sensible au niveau du courant traversant le bobinage 8. De plus, les parties du noyau voyant un champ magnétique très faible seront peu sollicitées et participeront peu à l'inductance. Par conséquent, le compromis entre inductance et tenue en courant sera loin d'être optimal. 15 De façon classique, comme représenté sur les figures 5a à 5c, illustrant un bobinage solénoïde 10 rectiligne ouvert, respectivement, en coupe longitudinale, en vue de dessus et en coupe transversale, le bobinage solénoïde 10 comporte classiquement une pluralité de spires 11 20 rectangulaires (figure 5c) disjointes, c'est-à-dire non adjacentes entre elles mais formant une seule et même bobine, comme représenté par les traits en pointillés sur la figure 5a. Les spires 11 sont définies chacune par les paramètres géométriques suivants : la largeur WBOB (figure 5b), la longueur LBOB (figure 5b), l'épaisseur EBOB (figure 5a) et la hauteur de spire ISOL 25 (figure 5c). La hauteur de spire est appelée ISOL, car elle correspond notamment à la distance entre la partie supérieure et la partie inférieure du bobinage définissant l'isolation du bobinage. Le bobinage 10 est également défini par l'intervalle INT entre deux spires 11 30 adjacentes (figure 5a) et par le nombre de spires N du bobinage 10. Dans le cas où le bobinage 10 est associé à un noyau magnétique 12, les 2909482 5 paramètres géométriques suivants sont également à considérer : l'épaisseur EMAG (figure 5a), la longueur LMAG et la largeur WMAG (figure 5b) du noyau magnétique 12. 5 Cependant, même si cette configuration classique de bobinage solénoïde 10 rectiligne est facile à mettre en oeuvre, le champ magnétique reste non homogène. 10 Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à l'ensemble des inconvénients précités et a pour objet la réalisation d'un bobinage du type solénoïde, qui soit facile à mettre en oeuvre, qui soit utilisable pour tout type d'applications et qui 15 permette de réduire les effets de proximité, de diminuer les pertes hautes fréquences et d'obtenir un flux magnétique homogène tout le long du bobinage solénoïde. L'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'au moins une des dimensions 20 des spires est variable et déterminée individuellement pour chaque spire en fonction de sa position le long du bobinage et de caractéristiques magnétiques prédéterminées du bobinage. Selon des développements de l'invention, un champ magnétique homogène 25 du bobinage est une desdites caractéristiques magnétiques prédéterminées et un facteur de qualité optimal du bobinage est une desdites caractéristiques magnétiques prédéterminées. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ladite dimension 30 variable des spires est plus grande au centre du bobinage qu'aux extrémités du bobinage. 2909482 6 Selon une variante de réalisation avantageuse de l'invention, ladite dimension variable des spires varie de façon symétrique par rapport au centre du bobinage. Selon un autre développement préférentiel de l'invention, ladite dimension variable des spires est choisie parmi la largeur, la longueur, l'épaisseur et la hauteur de spire. 10 Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention 15 donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente schématiquement un mode particulier de réalisation d'une inductance avec un bobinage spirale planaire, avec des plans 20 magnétiques, selon l'art antérieur. Les figures 2, 3a et 3b représentent schématiquement d'autres types d'inductances avec un bobinage spirale planaire selon l'art antérieur. La figure 4 représente schématiquement un mode particulier de réalisation d'une inductance avec un bobinage solénoïde rectiligne selon l'art antérieur. 25 Les figures 5a à 5c représentent, respectivement, une vue de face en coupe longitudinale, une vue de dessus et une vue de côté en coupe transversale d'un mode particulier de réalisation d'un bobinage solénoïde rectiligne à section transversale rectangulaire selon l'art antérieur. Les figures 6a et 6b représentent, respectivement, une vue de face en coupe 30 longitudinale et une vue de dessus d'un mode particulier de réalisation d'un 5 2909482 7 bobinage solénoïde rectiligne à section transversale rectangulaire selon l'invention. Les figures 7a à 7c représentent très schématiquement des variantes de réalisation du bobinage solénoïde selon les figures 6a et 6b. 5 La figure 8 est un graphique donnant l'écart type du champ magnétique selon l'axe longitudinal du bobinage solénoïde, dont la largeur des spires varie selon une progression géométrique, en fonction de la raison de cette progression géométrique. Les figures 9a et 9b sont des graphiques illustrant en vue de dessus la forme 10 du bobinage de certains points du graphique selon la figure 8. La figure 10 est un graphique représentant le facteur de qualité normalisé d'un bobinage, dont la largeur des spires et la longueur des spires varient tous deux selon une progression géométrique de raisons respectives QW et QL, en fonction de QW pour différentes valeurs de QL. 15 Description de modes particuliers de réalisation En référence aux figures 6a à 10, le bobinage solénoïde 13 rectiligne à 20 section transversale rectangulaire (figure 6a) selon l'invention comporte préférentiellement une pluralité de spires 14 disjointes et rectangulaires. Les spires 14 du bobinage 13 sont, de préférence, rectangulaires, c'est-à-dire que chaque spire présente, vue de profil, une forme sensiblement rectangulaire définissant deux branches horizontales supérieure et inférieure 25 et deux branches latérales reliant les branches supérieure et inférieure (figure 5c). Deux spires 14 successives sont non adjacentes et toutes les spires 14 du bobinage 13 forment une seule et même bobine, comme représenté par des traits pointillés sur la figure 6a. Chaque spire 14 présente, plus particulièrement, une section transversale rectangulaire (figure 6a) et 30 chaque spire 14 du bobinage 13 est alors définie comme précédemment par 2909482 8 des dimensions prédéterminées, à savoir la largeur WBOB, la longueur LBOB, l'épaisseur EBOB et la hauteur de spire ISOL. Le principe général de l'invention est illustré sur les figures 6a et 6b. Le 5 bobinage solénoïde rectiligne 13 comporte, sur les figures 6a et 6b, cinq spires 14 disjointes rectangulaires ayant, respectivement une largeur WBOB1 à WBOB5 (figure 6b), une longueur LBOB1 à LBOB5 (figure 6b), une épaisseur EBOB' à EBOB5 (figure 6a) et une hauteur de spire ISOL' à ISOL5 (figure 6a), toutes de valeurs différentes. Le bobinage 13 présente également un intervalle INT ~o différent entre deux spires 14 adjacentes et successives, à savoir INT' à INT4. Le bobinage 13 est associé à un noyau magnétique 15, conformé en barre ayant des sections différentes associées à chaque spire 14 du bobinage solénoïde 13. 15 Sur les figures 6a et 6b, les dimensions de chaque spire 14 varient selon la position de la spire 14 le long du bobinage solénoïde 13 et sont déterminées individuellement pour chaque spire 14, notamment en fonction de caractéristiques magnétiques prédéterminées du bobinage 13, par exemple si un champ magnétique homogène est recherché ou si un facteur de qualité 20 optimal doit être obtenu. Sur les figures 6a et 6b, les largeurs WBOB' à WBOB5 sont toutes différentes les unes des autres, avec la largeur WBOB5 de la cinquième spire supérieure à largeur WBOB' de la première spire, elle-même supérieure à largeur WBOB3 de 25 la troisième spire, elle-même supérieure à la largeur WBOB2 de la deuxième spire, elle-même supérieure à la largeur WBOB4 de la quatrième spire. Les longueurs sont également toutes différentes les unes des autres, avec LBOB3 supérieure à LBOB4, elle-même supérieure à LBOB1, elle-même supérieure à LBOB2, elle-même supérieure à LBOB5. Les épaisseurs sont également 30 différentes les unes des autres, avec EBOB5 supérieure à EBOB2, elle-même supérieure à EBOB3, elle-même supérieure à EBOB', elle-même supérieure à 2909482 9 EBOB4. Enfin, la hauteur de spire est également différente pour chaque spire, avec ISOL3 supérieure à ISOL1, elle-même supérieure à ISOL2, elle-même supérieure à ISOL4, elle-même supérieure à ISOL5. 5 De la même façon, le noyau magnétique 15 comporte donc cinq sections différentes, associées chacune à une spire 14 du bobinage 13. Les sections sont définies par leur largeur WMAG, leur longueur LMAG et leur épaisseur EMAG. Les sections sont, par exemple, sensiblement plates et sont reliées par des zones de transition de section, par exemple, sensiblement trapézoïdales. Sur 10 les figures 6a et 6b, les dimensions des sections du noyau 15 varient le long du bobinage 13, avec, par exemple, l'épaisseur EMAG3 de la troisième section supérieure à l'épaisseur EMAG4 de la quatrième section, elle-même supérieure à l'épaisseur EMAG5 de la cinquième section, elle-même supérieure à l'épaisseur EMAG2 de la deuxième section, elle-même supérieure à l'épaisseur 15 EMAG1 de la première section (figure 6a). De la même façon (figure 6b), la largeur WMAG3 de la troisième section est supérieure à la largeur WMAG4 de la quatrième section, elle-même supérieure à la largeur WMAG1 de la première section, elle-même supérieure à la largeur WMAG2 de la deuxième section, elle-même supérieure à la largeur WMAG5 de la cinquième section. 20 La variation des dimensions du noyau magnétique 15 associé au bobinage solénoïde 13 est déterminée en fonction des dimensions des spires 14 associées ou indépendamment en fonction de la position des sections du noyau magnétique 15 le long du bobinage solénoïde 13 et en fonction des 25 caractéristiques magnétiques recherchées du bobinage solénoïde 13. Cette optimisation des dimensions de chaque spire 14 du bobinage 13, ainsi que les dimensions de chaque section du noyau magnétique 15 associé, a ainsi pour but d'améliorer non seulement le fonctionnement du bobinage 30 solénoïde 13 lui-même, mais aussi d'améliorer les performances des différents systèmes inductifs incorporant un tel bobinage solénoïde 13. 2909482 10 Le bobinage solénoïde 13 selon l'invention permet ainsi d'obtenir un facteur de qualité maximal ou un champ magnétique sensiblement homogène, notamment en réduisant les effets de proximité, et propose ainsi une solution 5 générique de conception pour tout type de composant inductif avec ou sans noyau magnétique. Dans les variantes de réalisation représentées sur les figures 7a à 7c, le bobinage solénoïde est représenté très schématiquement. Le bobinage >o solénoïde 13 comporte cinq spires 14, rectangulaires disjointes, ayant des dimensions variant, par exemple, graduellement et, de préférence, de façon symétrique le long du bobinage 13. Sur les figures 7a à 7c, les spires étant orientés perpendiculairement à l'axe longitudinal de référence AA du bobinage 13, les dimensions des spires 14 varient de façon symétrique par 15 rapport à la spire centrale du bobinage 13. Une telle configuration permet notamment de rendre le champ magnétique plus homogène au niveau des extrémités du bobinage 13. Dans le mode particulier de réalisation représenté sur la figure 7a, le 20 bobinage solénoïde 13 comporte cinq spires 14 de même longueur LBOB et, de préférence, d'épaisseur EBOB identique, notamment du fait des contraintes technologiques considérées. C'est donc la largeur WBOB des spires 14 qui varie le long du bobinage solénoïde 13, selon l'axe de référence AA, avec la largeur WBOB3 de la spire centrale 14 supérieure à la largeur des autres spires 25 14, notamment selon la position de la spire 14 et selon les caractéristiques magnétiques recherchées du bobinage solénoïde 13. Sur la figure 7b, la variante de réalisation du bobinage solénoïde 13 se distingue du bobinage solénoïde 13 représenté sur la figure 7a par la 30 dimension prédéterminée variable des spires 14. Sur la figure 7b, c'est l'épaisseur EBOB des spires 14 qui est variable, de préférence, 2909482 11 symétriquement, avec l'épaisseur EBOB3 de la spire centrale 14 supérieure à l'épaisseur des autres spires 14, notamment selon la position de la spire 14 et des caractéristiques magnétiques recherchées du bobinage 13. La longueur LBOB et la largeur WBOB des spires 14 sont alors, de préférence, 5 identiques pour toutes les spires 14 du bobinage 13. Sur la figure 7c, la variante de réalisation du bobinage solénoïde 13 se distingue des bobinages solénoïdes 13 représentés sur les figures 7a et 7b par la dimension prédéterminée qui varie le long du bobinage. Sur la figure 10 7c, c'est la longueur LBOB des spires 14 qui varie, de préférence symétriquement, avec la longueur LBOB3 de la spire centrale 14 supérieure à la longueur des autres spires 14, notamment selon la position de la spire 14 et les caractéristiques magnétiques recherchées du bobinage 13. La largeur WBOB et l'épaisseur EBOB des spires 14 sont alors, de préférence, identiques 15 pour toutes les spires 14 du bobinage 13. Par ailleurs, dans les variantes de réalisation représentées sur les figures 7a à 7c, la valeur de l'intervalle INT entre deux spires 14 adjacentes du bobinage 13 est constante (figure 7a) et la hauteur de spire ISOL est 20 également constante pour toutes les spires 14 du bobinage 13 (figure 7b). Dans les variantes de réalisation représentées sur les figures 6a et 6b, les valeurs d'intervalles INT et de hauteur de spire ISOL peuvent varier indépendamment le long du bobinage solénoïde 13, selon la position des spires 14 et les caractéristiques magnétiques recherchées du bobinage 13. 25 Par ailleurs, dans les variantes de réalisation représentées sur les figures 7a à 7c, le bobinage 13 peut être associé éventuellement à un noyau magnétique (non représenté) ayant des dimensions prédéterminées pouvant également varier comme décrit précédemment de façon avantageusement 30 symétrique. 2909482 12 Le dimensionnement et le calcul des dimensions de chaque spire du bobinage vont être décrit plus en détail au regard des figures 8 à 10. D'une façon générale, le nombre de paramètres géométriques à prendre en compte pour le calcul est très important. Pour chacune des N spires notées i et pour 5 le noyau magnétique associé, il faut prendre en compte WBQB, LBDB, EBOB', ISOL', EMAGI, et WMAGI, auxquels s'ajoutent N-1 intervalles INT entre les spires et la longueur du noyau magnétique LMAG, soit au total 6N+(N-1)+2=7N+1 paramètres (figures 6a et 6b). 10 D'une façon générale, pour simplifier les calculs, nous allons considérer EMAG, WMAG (dans le cas où le bobinage est associé à un noyau magnétique), ISOL, INT et EBOB constants. Le compromis optimal pour la détermination de la forme des spires dépend de phénomènes complexes, notamment de courants induits, d'effets capacitifs, de la non linéarité et la non homogénéité 15 du matériau magnétique formant le noyau magnétique éventuel, et de la fréquence de travail visée. II est donc nécessaire d'avoir recours à des algorithmes d'optimisation, couplés éventuellement à des modèles de conception analytiques ou numériques. 20 Dans un premier exemple de dimensionnement en deux dimensions d'un bobinage solénoïde selon l'invention, pour optimiser notamment le compromis entre inductance et courant de saturation, en prenant comme hypothèse un bobinage solénoïde symétrique avec cinq spires, sans noyau magnétique, réalisé en technologie planaire, les paramètres géométriques 25 suivants sont à prendre en compte : - WBoB avec i = {1,2,3}, avec par symétrie WBOB'= WBOB5 et WBOB2= 'WBOB4. - INT, EBOB et ISOL sont fixés par des contraintes de réalisation technologique, par exemple, à respectivement 10pm, 5pm et 40pm. - La longueur d'une spire LBOB ne joue pas en dimensionnement à deux 30 dimensions. 2909482 13 Il y a donc trois paramètres géométriques indépendants au total, à savoir WBOB', WBOB2 et WBOB3. Ces paramètres géométriques sont en outre soumis à des contraintes liées à l'encombrement du bobinage. En considérant, dans ce premier exemple particulier de calcul, que les largeurs 1NBOg suivent une 5 progression géométrique de premier terme WBOB3, correspondant à la largeur de la spire centrale, et de raison Q, soit WBOB2 = Q x WBOB3 et W,3O131 = Q2 x WBOB3, il ne reste donc qu'à déterminer Q, car WBOg3 est déterminé d'après la longueur maximale prédéfinie LMAX = 100pm du bobinage, avec la formule : w3 LMAX - 5 INT BOB 1+2•(Q+Q2) 10 L'écart type a du champ magnétique à l'intérieur de l'espace de hauteur EMAG = 5pm et de longueur LMAx, au coeur du solénoïde et correspondant à l'espace occupé par un éventuel noyau magnétique, est calculé à partir, par exemple, de la loi de Biot et Savart, selon l'équation suivante : 1 LMAX I2 EMAG /2 1 LMAx I2 EMAG/2 f Bx - i f fBXdy d dydx E f MAG LMAx I2 E314& I2 LMX EMAG -LMAx I2 -EMAG I2 Les calculs ci-dessus permettent alors de mettre en évidence l'influence de la raison Q sur l'homogénéité du flux magnétique. Comme représenté sur le graphique de la figure 8, illustrant l'écart type a normalisé de la composante 20 du champ magnétique selon l'axe du bobinage solénoïde, en fonction de la raison Q, il ressort que le champ magnétique est deux fois plus homogène pour Q=0.6, comme illustré par le bobinage 13 représenté schématiquement sur la figure 9b, avec les largeurs de spires 14 variables, que pour Q=1, comme illustré par le bobinage 13 représenté schématiquement sur la figure 25 9a, avec des spires 14 identiques tout le long du bobinage 13. En effet, la courbe atteint son minimum à Q=0,6 avec une valeur de l'écart type a de l'ordre de 0,26, tandis qu'à Q=1 l'écart type a est de l'ordre de 0,52. II en résulte du graphique de la figure 8 qu'il est plus avantageux d'utiliser un .2 15 a = LMAx 2909482 14 bobinage à largeurs variables (figures 9a et 9b), plus particulièrement un bobinage rectiligne symétrique, dont la largeur des spires augmente du bord du bobinage rectiligne jusqu'au centre, par exemple selon une progression géométrique de raison 0,6. 5 Dans un deuxième exemple particulier de dimensionnement d'un bobinage solénoïde selon l'invention, il est possible de réaliser un dimensionnement en trois dimensions, pour l'optimisation du facteur de qualité. En considérant toujours un bobinage solénoïde symétrique de cinq spires, sans noyau 10 magnétique, réalisé en technologie planaire, et qui doit rentrer dans un carré de côté prédéterminé LMAx=200pm, les paramètres géométriques suivants sont à prendre en compte : - WBOB avec i = {1, 2, 3}, avec par symétrie WBOB'=WBoB5 et WBOB2=WBOB4. - Les largeurs WBOB suivent une progression géométrique de raison QW et 15 de premier terme WBOB3, calculé de préférence comme dans l'exemple précédent. - LBOB avec i = {1, 2, 3}, avec par symétrie LBOB1=LBOB5 et LBOB2=LBOES4• - Les longueurs LBOB' suivent une progression géométrique de raison QL et de premier terme LBOB3=LMAx• 20 - INT est fixé à 10pm. - EBOB est fixée à 5pm, de manière à limiter les effets de peau. - ISOL est fixé à 40pm. Il faut donc cette fois optimiser une combinaison de deux paramètres, à 25 savoir QW et QL. Une méthode de calcul rapide du facteur de qualité est, de préférence, utilisée. Notamment, la méthode de Kuhn, comme décrit dans l'article Analysis of current crowding effects in multiturn spiral inductors de W. B. Kuhn et al. (IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. 49, n 1, pp. 31-38, January 2001), permet de calculer les pertes par effets 30 de proximité. Le champ inductif peut être calculé par la loi de Biot et Savart. Les pertes par effet de peau peuvent être calculées en utilisant l'approche 2909482 15 deux dimensions de Press, comme décrit notamment clans son article Resistance and reactance of massed rectangular conductor (Phys. Review, vol. VIII, n 4, p. 417, 1916), les effets capacitifs étant négligés et l'inductance étant calculée d'après le calcul numérique du flux magnétique. 5 Il est alors possible de calculer une valeur approchée du facteur de qualité, qui sert alors à la détermination des dimensions optimisées des spires du bobinage. Comme représenté sur le graphique de la figure 10, représentant le facteur de qualité normalisé en fonction de la raison QW, pour quatre 1 o valeurs différentes de la raison QL, à savoir QL=1 (trait en pointillés longs), QL=0,9 (trait avec une succession de points), QL=0,8 (trait en pointillés courts) et QL=0,7 (trait plein), un gain significatif est observé par rapport à la structure initiale avec QW=1 et QL=1, à savoir un bobinage avec des spires de même taille tout le long du solénoïde, pour une résistance typique de 15 2p0.cm correspondant au cuivre électrolysé, constituant le bobinage 13. En effet, à la lecture de la figure 10, le meilleur facteur de qualité, à savoir celui le plus proche de 1, est obtenu pour une valeur de la raison QL de 0,7 et pour une valeur de la raison QW de 0,6, c'est-à-dire correspondant à un 20 bobinage solénoïde rectiligne symétrique, dont les spires évoluent depuis les extrémités jusqu'au centre, en largeur selon une progression géométrique de raison 0,6 et en longueur selon une progression géométrique de raison 0,7. Dans un autre exemple de dimensionnement d'un bobinage solénoïde 13 25 selon l'invention, il est possible d'utiliser une progression arithmétique pour caractériser la variation des dimensions des spires. Un tel bobinage solénoïde comme décrit ci-dessus, avec une forme et des dimensions de spires optimisées grâce aux calculs ci-dessus, permet donc 30 d'obtenir la meilleure répartition possible du flux magnétique, en optimisant individuellement chaque section du bobinage en fonction du résultat désiré. II 2909482 16 permet également d'obtenir un facteur de qualitémaxim& et/ou un champ magnétique homogène et permet d'améliorer les performances des systèmes inductifs utilisant un tel bobinage solénoïde de manière significative. 5 Le bobinage solénoïde selon l'invention s'applique plus particulièrement, sans limitation de fréquence ou de puissance, à tous les systèmes inductifs munis d'un bobinage solénoïde avec ou sans noyau magnétique, à savoir : les inductances et les transformateurs, 10 les têtes d'enregistrement magnétique pour le stockage de données ( data storage en anglais), les capteurs inductifs, tels les fluxgates ou les perrnéamètres , les moteurs et actionneurs inductifs, les bobines génératrices de champ. 15 À titre d'exemple, pour la réalisation d'un perméamètre, un tel bobinage solénoïde présente le double intérêt de générer des champs plus homogènes et d'être moins sensible aux effets de proximité. Un tel bobinage permet donc des mesures plus fines de la réponse des matériaux 20 magnétiques en fonction de la fréquence et du champ magnétique par la méthode de la perturbation. Pour la réalisation d'un tel bobinage solénoïde, il est possible d'utiliser des technologies employées pour la réalisation de microsystèmes, dans le cas où 25 l'épaisseur EBOB des spires et la hauteur de spire ISOL sont constantes le long du bobinage. À titre d'exemple, de nombreux procédés de fabrication, s'inspirant des techniques de réalisation de têtes d'enregistrement magnétiques intégrées, sont possibles. Des technologies un peu plus complexes peuvent être mises en oeuvre, dans le cas où l'épaisseur EBOB et 30 la hauteur de spire ISOL sont variables. 2909482 17 Un exemple de procédé de réalisation d'un bobinage solénoïde à l'aide d'une technologie microsystèmes peut comporter les étapes suivantes. Un premier dépôt d'un matériau conducteur est réalisé, pour former la partie inférieure du bobinage, par exemple, par un procédé d'électrolyse 5 damascène. Puis, un premier matériau isolant est déposé. Un ou plusieurs dépôts de matériaux magnétiques (et non magnétiques dans le cas de la réalisation d'un noyau feuilleté) sont ensuite réalisés pour la formation d'un noyau magnétique. Puis, une ou plusieurs étapes de 10 lithographie et gravure du noyau sont réalisées. Un deuxième dépôt de matériau isolant est ensuite effectué, et des étapes de lithographie et gravure de vias dans les deux couches d'isolant sont réalisées, afin de pouvoir refermer les spires du bobinage. Enfin, un 15 deuxième dépôt de matériau conducteur est réalisé, pour former la partie supérieure du bobinage. Un tel procédé de réalisation du type microsystèmes permet notamment d'obtenir un bobinage solénoïde de façon rapide et aisée, avec une grande 20 liberté sur le choix des dimensions des spires, notamment la longueur LBOB, la largeur WBOB, et l'espacement INT entre les spires, ce qui est beaucoup plus difficile à obtenir avec un procédé de type micromécanique, c'est-à-dire basé sur le bobinage d'un fil. 25 L'invention n'est pas limitée aux différents modes de réalisation décrits ci-dessus. Le bobinage solénoïde selon l'invention peut comporter un nombre quelconque de spires, tant qu'elles présentent au moins une dimension variable le long du bobinage, en fonction de la position de la spire le long du bobinage et de contraintes magnétiques recherchées du bobinage, 30 2909482 18 D'une façon générale, quelle que soit la variation des dimensions des spires, les spires avec les plus grandes dimensions sont placées avantageusement au centre du bobinage. 5 D'autres exemples de dimensionnement et de calcul de la forme optimale du bobinage solénoïde peuvent prendre en compte des contraintes de réalisation supplémentaires. La partie inférieure du bobinage solénoïde peut, par exemple, ne pas avoir la même épaisseur que la partie supérieure et le bobinage solénoïde peut, par exemple, ne pas être symétrique. Dans ces 10 cas-là, le nombre de paramètres à prendre en compte sera alors beaucoup plus important. Il en sera de même si le noyau magnétique au coeur du solénoïde n'est pas centré par rapport à ce dernier. En référence au premier exemple de dimensionnement (figures 8, 9a, 9b), il 15 est possible de tenir compte de la variation de résistance statique (DC) d'une spire à l'autre, par exemple, en fixant une résistance maximale à ne pas dépasser, ou en optimisant la structure en minimisant le produis: de l'écart type par la résistance statique (basse fréquence). 20 Dans d'autres exemples de dimensionnement (non représentés), il est possible de réaliser une optimisation avec moins de dimensions préétablies constantes. Des algorithmes d'optimisation plus complexes peuvent alors être utilisés, tels que des algorithmes génétiques, avec par exemple les logiciels de modélisation et de simulation Matlab (marque déposée) ou 25 Optimetrics (marque déposée), qui offrent un large spectre de méthodes d'optimisation contraintes ou non contraintes. Dans un cas plus général, il est possible d'utiliser des logiciels de calcul numérique utilisant, par exemple, la méthode des éléments finis, afin de 30 calculer plus précisément les paramètres à optimiser. Revendications 1. Bobinage solénoïde (13) rectiligne comportant une pluralité de spires (14) rectangulaires disjointes, ayant chacune des dimensions prédéterminées (LBOB, WBOB, EBOB, ISOL), bobinage caractérisé en ce qu'au moins une des dimensions des spires (14) est variable et déterminée individuellement pour chaque spire (14) en fonction de sa position le long du bobinage (13) et de caractéristiques magnétiques prédéterminées du bobinage (13). 2. Bobinage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un champ magnétique homogène du bobinage (13) est une desdites caractéristiques magnétiques prédéterminées. 3. Bobinage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un facteur de qualité optimal du bobinage (13) est une desdites caractéristiques magnétiques prédéterminées. 20 4. Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite dimension variable des spires (14) est plus grande au centre du bobinage (13) qu'aux extrémités du bobinage (13). 5. Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 25 en ce que ladite dimension variable des spires (14) varie de façon symétrique par rapport au centre du bobinage (13). 6. Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite dimension variable des spires (14) est choisie parmi la 30 largeur (WBOB), la longueur (LBOB), l'épaisseur (EBOB) et la hauteur de spire (ISOL). 19 2909482 7. Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la valeur de l'intervalle (INT) entre deux spires (14) adjacentes du bobinage (13) est constante. 8. Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la valeur de l'intervalle (INT) entre deux spires (14) adjacentes du bobinage (13) est variable. 10 9. Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il entoure un noyau magnétique (15) en forme de barre ayant au moins une dimension prédéterminée (LMAG, WMAG, EMAG) variable le long du bobinage (13). 15 10. Bobinage selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite dimension variable du noyau magnétique (15) est choisie parmi la largeur (WMAG), la longueur (LMAG) et l'épaisseur (EMAG) du noyau magnétique (15). 11. Bobinage selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'épaisseur 20 (EMAG) du noyau magnétique (15) est constante le long du bobinage (13). 12. Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que lesdites dimensions prédéterminées variables varient graduellement le long du bobinage solénoïde (13). 13. Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lesdites dimensions prédéterminées variables suivent une progression géométrique. 5 30