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Mikrominiaturisierte Schaltungsanordnung Die Erfindung betrifft eine
mikrominiaturisierte Schaltungsanordnung mit einer isolierenden Trägerplatte, auf
deren Oberfläche neben in Dünnfilmtechnik aufgebrachten passiven Elementen mindestens
eine Induktivität sowie gegebenenfalls aktive Elemente aufgebracht sind.
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Es sind bereits verschiedene Ausführungsformen und Herstellungsverfahren
für Schaltungsanordnungen in Mikromodultechnik, sogenannte mikrominiaturisierte
Schaltungen bekanntgeworden, bei welchen passive Elemente durch Aufbringen von Metallfilmen
oder dielektrischen Filmen mit Glas-oder Keramikträgerplatten im Hochvakuum oder
in einer Gasatmosphäre mittels Kathodenzerstäubung hergestellt werden. Auf diese
Art gelingt es im wesentlichen, Widerstände und Kondensatoren herzustellen; die
Herstellung von Induktivitäten dagegen bereitete in solchen mikrominiaturisierten
Schaltungen sehr große Schwierigkeiten. Für die sogenannten Mikromoduls, bei welchen
jeweils nur ein Schaltelement auf einer Trägerplatte angeordnet werden, sind allerdings
schon als Induktivitäten die Verwendung von Ringkernen bekanntgeworden. Diese Ringkerne
erfordern aber eine recht schwierige Wickeltechnik, auch ist ein genauer Abgleich
des Induktivitätswertes nicht möglich. Bei einer speziellen sechseckförmigen Mikromodultechnik
ist außerdem noch die Verwendung von Sechseckschalenkernen bekanntgeworden, die
in ihrem Aufbau aber nur speziell in dieser Technik verwendet werden können. Außerdem
ist ihre Herstellung teuer.
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Diese Ausführungsformen sind aber wenig geeignet für die Verwendung
in mikrominiaturisierten Schaltungen, in welchen mehrere passive Elemente auf einer
Trägerplatte aufgedampft oder aufgestäubt und gegebenenfalls die aktiven Elemente
eingesetzt sind, also in sogenannten »integrierten Schaltkreisen«. Dieser Mangel
wirkt sich besonders dann aus, wenn Zwischenfrequenzstufen in einer mikrominiaturisierten
Schaltung auf einer Trägerplatte untergebracht werden sollen, bei denen ein äquivalenter
Ersatz des LC-Gliedes durch ein RC-Glied nicht ohne weiteres möglich ist.
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Eine andere bekannte Maßnahme besteht darin, eine auf einer isolierenden
Trägerplatte befindliche Induktivität mit einer Schicht oder einer Scheibe aus ferromagnetischem
Material einseitig oder beidseitig abzudecken. Diese bekannte Schaltungsanordnung
hat den Nachteil, daß es für die Schließung des magnetischen Kreises einer einzigen
Induktivität erforderlich ist, auf beiden Seiten der Trägerplatte je eine Ferritscheibe
vorzusehen, so daß sich eine für eine mikrominiaturisierte Bauweise unerwünschte
Bauhöhe ergibt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der zwischen den Ferritscheiben
verbleibende Luftspalt noch derart groß ist, daß der Induktivitätszuwachs durch
diese Scheiben nur etwa 5% beträgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mikrominiaturisierte
Schaltungsanordnung mit mindestens einer Induktivität auf der Oberfläche der Trägerplatte
herzustellen, bei der die Nachteile der bekannten Anordnungen nicht auftreten und
bei der die Induktivität ein Vielfaches der bekannten Mikromodulanordnungen beträgt.
Dies wird dadurch gelöst, daß bei einer mikrominiaturisierten Schaltungsanordnung,
auf deren Oberfläche neben in Dünnfilmtechnik aufgebrachten passiven Elementen mindestens
eine Induktivität sowie gegebenenfalls aktive Elemente aufgebracht sind, erfindungsgemäß
die Trägerplatte selbst aus Ferrit besteht.
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Durch Auflegen einer sehr flachen Schalenkernhälfte, die ebenfalls
aus Ferrit besteht und in welche eine Wicklung eingebracht worden ist, entsteht
dann auf dieser Ferritplatte sehr einfach eine Induktivität.
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Ein dazu gehöriger Kreiskondensator wird dann am besten durch zwei
Kondensatorplatten hergestellt, die in Form von eingebranntem oder aufgedampftem
Silber auf der Unter- und Oberseite der Trägerplatte angebracht werden. Diese Art
der Kondensatorherstellung hat gegenüber der bereits bekannten Herstellungsart durch
Aufdampfen einer Tantalschicht, Erzeugung einer Tantaloxydschicht als Dielektrikum
und Aufbringen einer weiteren Metallschicht als Gegenelektrode des Kondensators,
wesentliche Vorteile. Tantaloxydkondensatoren ergeben im Mittelwert durch den Abstand
der Kondensatorelektroden und dem a von Tantaloxyd eine Kapazität von 0,1 «F/cm=.
Es ist also kaum möglich, mit derart hohen Kapazitäten pro Flächeneinheit Kondensatoren
für Zwischenfrequenzkreise, die bei Zwischenfrequenzen
von 470
kHz in der Größenordnung von 160 pF und bei Zwischenfrequenzen von 10,7 MHz in der
Größenordnung von 16 pF liegen, herzustellen. Der größere Abstand der Kondensatorplatten
bei der erfindungsgemäßen Herstellungsmethode ermöglicht erst, derart kleine Kapazitätswerte
zu erzeugen. Hinzu kommt noch, daß das Ferritmaterial bedeutend geringere dielektrische
Verluste gegenüber Tantaloxyd bei Frequenzen oberhalb 200 kHz besitzt. Auch gegenüber
aufgedampften Si0-Schichten zeigt das Ferritmaterial oberhalb 5 MHz kleinere Verluste.
Hierbei ist es entscheidend wichtig, das geeignete Ferritmaterial zu wählen, das
in dem jeweils interessierenden Frequenzgebiet sowohl gute magnetische Eigenschaften
(hinreichend hohes ,u und kleine Verluste tg 8,u) als auch gute dielektrische Eigenschaften
(hinreichend hohes e und vor allem noch kleines tg 8 e) aufweisen muß.
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Es hat sich als sehr zweckmäßig herausgestellt, daß die für das Aufdampfen
von Widerständen und Kondensatoren zu große Rauhigkeit der Ferritoberftäche durch
eine Glasur an den für die Schaltung vorgesehenen Stellen präpariert wird.
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Im folgenden soll nun mit Hilfe von zwei Ausführungsbeispielen, die
in den Figuren dargestellt sind, die Erfindung näher erläutert werden. F i g. 1
und 2 zeigen als einfachstes Ausführungsbeispiel einen Schwingkreis, bestehend aus
einer Induktivität und einer Kapazität, die erfindungsgemäß auf einer Trägerplatte
1 aus Ferrit in Mikromodultechnik aufgebaut sind. F i g. 1 zeigt eine perspektivische
Darstellung dieser erfindungsgemäßen Anordnung, während F i g. 2 einen Schnitt durch
diese Anordnung wiedergibt. Erfindungsgemäß wird die Induktivität durch eine Halbschale
2 mit einer Wicklung 3, die auf der Trägerplatte befestigt, beispielsweise
aufgeklebt ist, und die Kapazität durch auf Ober- und Unterseite der Trägerplatte
1 aufgedampfte Metallelektroden 4 und 5 gebildet. Die Kontaktierung der Trägerplatte
erfolgt durch eingesetzte Metallstifte 6. Auf der Trägerplatte ist zusätzlich noch
eine glasierte Fläche 7 eingezeichnet, die für eventuell noch notwendige
weitere Schaltelemente vorgesehen ist. Der Abgleich des Schwingkreises kann sowohl
durch einen Abgleich der Induktivität, die in der bei Schalenkernen schon bekannten
Art erfolgen kann, oder durch einen Abgleich der Kapazität durch Verkleinern der
Plattenfläche des Kondensators erfolgen. Die Spulenwicklnng 3 kann neben der in
F i g. 2 dargestellten Ausführung als Drahtwickel, ebenso auch als gedruckte Spirale
eingelegt oder gleich in das Ferritmaterial eingraviert werden.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Ferrit als Trägerplatte liegt
in der Verwirklichung von Bandfiltern bei integrierten Schaltkreisen. Die Induktivität
des zweiten Filterkreises wird durch eine zweite Ferrithaibschale mit der entsprechenden
Wicklung auf der Unterseite dargestellt. F i g. 3 zeigt die Ferritträgerplatte
1, auf deren Ober- und Unterseite je eine Ferrithalbschale 2 angebracht ist.
Die Kopplung der beiden Kreise kann induktiv über die gemeinsame Trägerplatte erfolgen
und kann durch gegenseitiges Verschieben der Ferrithalbschalen in weiten Grenzen
variiert werden.
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Die F i g. 4 der Zeichnung zeigt ein elektrisches Schaltbild einer
transistorisierten Zwischenfrequenzverstärkerstufe in Basisschaltung mit Einzelkreis,
die in F i g. 5 als ein weiteres Ausführungsbeispiel in stark vergrößertem Maßstab
der erfindungsgemäßen mikrominiaturisierten Schaltanordnung dargestellt ist. Die
Filterinduktivität 8 ist in der die Wicklung beinhaltenden Ferrithalbschale
8 auf der Trägerplatte 1
angebracht. Die Induktivität 9, die als zweite
Wicklung ebenfalls in der Ferrithalbschale 8 untergebracht ist, dient zusammen
mit dem Kondensator 14 zur Neutralisation der Schaltung. Alle weiteren aktiven und
passiven Schaltelemente sind in F i g. 4 und 5 jeweils mit den gleichen Bezugszeichen
versehen worden, so daß ihre elektrischen Verknüpfungen und ihre räumliche Lage
auf der Trägerplatte verglichen werden können. Hierbei sind 10, 11 und
12 ohmsche Widerstände, 13 bis 16 Kapazitäten, 17 ein
Transistor und 18 bis 21 Eingangs- und Ausgangsklemmen.