DE1274210B

DE1274210B - Process for the production of a component in the manner of a homogeneous line made of ceramic insulating materials with electrodes embedded therein without gaps

Info

Publication number: DE1274210B
Application number: DE1960R0029346
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys H Chr Goetze; Dipl-Phys Karl Olbricht; Rudolf Pfeiffer; Dipl-Phys Horst Rochow
Original assignee: Rosenthal Isolatoren GmbH
Current assignee: Rosenthal Isolatoren GmbH
Priority date: 1960-12-23
Filing date: 1960-12-23
Publication date: 1968-08-01

Description

Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Art einer homogenen- Leitung aus keramischen Isolierstoffen mit darin spaltfrei eingebetteten Elektroden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Art einer homogenen Leitung aus keramischen Isolierstoffen mit darin spaltfrei eingebetteten Elektroden. Unter einer homogenen Leitung versteht man bekanntlich Leitungsgebilde, bei denen der Querschnitt und die relative Dielektrizitätskonstante e des Raumes zwischen den Leitern längs der Leitung konstant sind. Da durch beide Bedingungen zusammen der Wellenwiderstand der Leitung festgelegt ist, nennt man auch solche Leitungen homogen, deren Wellenwiderstand längs der Leitung konstant ist. Die Konstanz des Wellenwiderstandes bleibt aber auch bei örtlichen Querschnittsveränderungen erhalten, wenn man an den betreffenden Stellen zugleich auch e entsprechend ändert. Davon wird insbesondere bei koaxialen Leitungen Gebrauch gemacht.Method for producing a component in the manner of a homogeneous Cable made of ceramic insulating material with electrodes embedded in it without gaps The invention relates to a method for producing a component according to Art a homogeneous line made of ceramic insulating materials with embedded in it without gaps Electrodes. As is well known, a homogeneous line is understood to be a line structure, where the cross-section and the relative dielectric constant e of the room are constant between the conductors along the line. Because of both conditions together the wave resistance of the line is determined, is also called such Lines homogeneous, the wave resistance of which is constant along the line. The constancy the wave resistance remains even with local changes in cross-section obtained if one changes e accordingly in the relevant places at the same time. Use is made of this in particular in the case of coaxial lines.

Die Anwendung solcher zur Führung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen bestimmter Leitungen als Resonanzkreise sowie als Verzögerungs- und Dämpfungsglieder erfordert .die -Einhaltung gewisser geometrischer Bedingungen. Hierzu zählen vor allem die äußeren Abmessungen, welche den Wellenwiderstand und damit die Anpassung an den Sender, das Übertragungsmedium oder den Verbraucher festlegen. Üblicherweise bemißt man die Leitungen für Wellenwiderstände von 50 ... 70 Ohm, die in der herkömmlichen Schaltungstechnik bequem verarbeitet werden können. Solche Leitungen werden vielfach mit Luftdielektrikum, also mit verhältnismäßig großen Abmessungen ausgeführt. Dies ist vorteilhaft, wenn man die Leitung zur Führung von HF-Energie an eine entfernte Stelle verwendet, schränkt jedoch den Anwendungsbereich stark ein, wenn man Leitungsteile als Resonatoren, Anpassungsglieder oder Verzögerungselemente benutzt. Die Herstellung von Leitungen, insbesondere koaxialen Leitungen, mit Luftdielektrikum erfordert große Sorgfalt. Namentlich die Längsabmessungen sind groß. Eine Verkürzung der geometrischen Leitungslänge ist möglich entweder durch Verringerung der Axialgeschwindigkeit der auf der Leitung geführten Wellen, was üblicherweise durch Wendeln eines Leiters geschieht, oder durch Ausfüllen des Raumes zwischen den Leitern mit einem Stoff, dessen relative Dielektrizitätskonstante e oder relative Permeabilität ,u merklich von Eins verschieden sind, wobei störende Luftspalte nicht oder nur mit großem Aufwand vermeidbar sind. (Im folgenden wird der Einfachheit halber stets von der elektrischen Suszeptibilität x, = e-1 bzw. von der magnetischen Suszeptibilität x. =,u -1 gesprochen.) Vorzugsweise finden hier Kunststoffe als Dielektrikum Verwendung, deren x, jedoch nicht über z":10 liegt und deren x. kaum von Null verschieden ist.The use of such lines for the guidance of high-frequency electromagnetic waves as resonance circuits and as delay and attenuators requires compliance with certain geometric conditions. Above all, this includes the external dimensions, which determine the wave impedance and thus the adaptation to the transmitter, the transmission medium or the consumer. Usually the lines are dimensioned for wave resistances of 50 ... 70 ohms, which can be easily processed in conventional circuit technology. Such lines are often made with air dielectric, that is, with relatively large dimensions. This is advantageous if the line is used to conduct RF energy to a remote location, but it severely limits the scope of application if line parts are used as resonators, matching elements or delay elements. The production of lines, especially coaxial lines, with air dielectric requires great care. The longitudinal dimensions in particular are large. A shortening of the geometric line length is possible either by reducing the axial speed of the waves guided on the line, which is usually done by coiling a conductor, or by filling the space between the conductors with a material whose relative dielectric constant e or relative permeability is noticeably u One thing is different, and disruptive air gaps cannot be avoided or can only be avoided with great effort. (In the following, for the sake of simplicity, the electrical susceptibility x, = e-1 or the magnetic susceptibility x. =, U -1 will be used .) Here, plastics are preferably used as dielectric, whose x, but not over z " : 10 and whose x is hardly different from zero.

Bekannt sind auch Koaxialkabel, deren gewendelter Innenleiter einen ferromagnetischen Kern und eine dielektrische Umhüllung besitzt; diese Kombination bedingt jedoch verhältnismäßig hohe thermische Instabilität sowie relativ große Abmessungen. Der Wellenwiderstand solcher Leitungen ist hoch. Das ist vorteilhaft in Röhrenschaltungen, erschwert jedoch die Verwendung in Halbleiterschaltungen. Vor allem aber ist die Herstellung eines gewendelten Innenbelags bei solchen (z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1016 786 bekannten) Koaxialleitungen so schwierig und teuer, daß die bekannten Fertigungsverfahren praktisch nicht ausführbar sind.Also known are coaxial cables, the coiled inner conductor of which one has a ferromagnetic core and a dielectric cladding; this combination However, it causes relatively high thermal instability and relatively large ones Dimensions. The wave resistance of such lines is high. That is beneficial in tube circuits, but makes it difficult to use in semiconductor circuits. Above all, however, the production of a coiled interior covering for such (e.g. B. from the German Auslegeschrift 1016 786 known) coaxial lines so difficult and expensive that the known manufacturing methods are not practicable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Art einer homogenen Leitung so zu. gestalten, um solche Leitungen kleinerer Abmessungen, insbesondere kleinerer Längsabmessungen als bisher zur Verwendung als Resonanzgebilde u. dgl. zu erhalten, die als betriebssichere Bauelemente hergestellt werden können und niedrige Wellenwiderstände besitzen, wie sie in der Halbleitertechnik benötigt werden. Dabei soll die Anwendung dieser Leitungen in herkömmlicher Weise als Resonanzkreise, Laufzeitketten, Dämpfungsglieder, Richtkoppler u. dgl. ebenfalls möglich sein, gegebenenfalls unter Inkaufnahme kleinerer Inhomogenitäten des Kapazitäts- oder Induktivitätsbelages.The invention is based on the object of the aforementioned method to produce a component in the manner of a homogeneous line. design, around such lines of smaller dimensions, in particular smaller longitudinal dimensions than previously for use as a resonance structure and the like Components can be manufactured and have low wave resistances, such as they are needed in semiconductor technology. The application should this Lines in the conventional way as resonance circuits, delay chains, attenuators, Directional couplers and the like may also be possible, if necessary with the acceptance of smaller ones Inhomogeneities in the capacitance or inductance coating.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der einleitend erwähnten Art vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß ein vorgeformter keramischer Träger mit einem leitenden Belag versehen wird und auf diesen Belag eine dünne Schicht eines Dielektrikums gleichen Brennverhaltens wie der Träger aufgebracht wird, dann der zusammengesetzte Körper gargebrannt und zuletzt eine Außenelektrode aufgebracht wird, wobei das Dielektrikum im Zeitpunkt des Ruftragens in verformbarer, viskoser oder plastischer Konsistenz gehalten und dadurch Spaltfreiheit gewährleistet wird, so daß die einzubettende Elektrode vollständig benetzt wird. Auf diese Weise läßt sich ein blockförmiges Bauelement beispielsweise nach Art eines Sprühschicht-Kondensators in außerordentlicher bequemer und verhältnismäßig billiger Fabrikation herstellen.To solve this problem, a method is mentioned in the introduction Kind of proposed in which, according to the invention, a preformed ceramic carrier with a conductive coating is provided and on this coating a thin layer of a Dielectric same burning behavior as the carrier is applied, then the composite bodies are cooked and finally an external electrode is applied becomes, the dielectric at the time of wearing in deformable, more viscous or plastic consistency and thus freedom from gaps is guaranteed, so that the electrode to be embedded is completely wetted. That way lets a block-shaped component, for example in the manner of a spray layer capacitor produce in extremely convenient and relatively cheap manufacture.

In. der Zeichnung sind gemäß der Erfindung hergestellte elektrische Bauelemente in mehreren Ausführungsbeispielen im Axial- und Querschnitt schematisch veranschaulicht.In. of the drawing are electrical manufactured according to the invention Components in several exemplary embodiments in axial and cross-section schematically illustrated.

In F i g. 1 ist ein keramischer Vollzylinder 1 mit einem leitenden, z. B. aus Silber bestehenden Mantelbelag 2 überzogen. Im Innern des Zylinders ist eine leitende Wendel 3, beispielsweise aus Palladium, konzentrisch derart angeordnet, daß ihr Wandabstand w klein gegenüber dem Zylinderdurchmesser D, beispielsweise w = 0,1 mm und D = 3 mm ist. Der Durchmesser D ist seinerseits kleiner als die Länge Z des Zylinders 1. An den beiden Enden des Zylinders sind Anschlüsse 4 und 5, beispielsweise durch Löten, angebracht.In Fig. 1 is a full ceramic cylinder 1 with a conductive, z. B. made of silver cladding 2 coated. A conductive coil 3, for example made of palladium, is arranged concentrically in the interior of the cylinder in such a way that its wall distance w is small compared to the cylinder diameter D, for example w = 0.1 mm and D = 3 mm. The diameter D is in turn smaller than the length Z of the cylinder 1. Connections 4 and 5 are attached to the two ends of the cylinder, for example by soldering.

F i g. 2 stellt einen keramischen Vollzylinder 6 dar, der außen einen leitenden, gewendelten Belag 7 trägt, der beispielsweise aus Silber besteht. Im Innern des Zylinders ist ein koaxialer leitender Zylinderbelag 8, beispielsweise aus Palladium, so angeordnet, daß sein Wandabstand w klein gegenüber dem Zylinderdurchmesser ist, welcher seinerseits kleiner ist als die Länge Z des Zylinders. An den beiden Enden des Zylinders sind Anschlüsse 9 und 10, z. B. durch Löten, angebracht.F i g. 2 shows a ceramic full cylinder 6, the outside one conductive, coiled covering 7, which consists for example of silver. in the Inside the cylinder is a coaxial conductive cylinder pad 8, for example made of palladium, so arranged that its wall distance w is small compared to the cylinder diameter is, which in turn is smaller than the length Z of the cylinder. On both of them Ends of the cylinder are ports 9 and 10, e.g. B. by soldering attached.

In F i g. 3 ist ein Bauelement abgebildet, das sich von F i g. 1 und 2 dadurch unterscheidet, daß beide Beläge 12 und 13 gewendelt sind und sich auf der gesamten Länge des Zylinders 11 gegenüberstehen. Ihr Abstand w ist klein gegenüber dem Durchmesser D. An ihren Enden sind Anschlüsse 14 und 15 angebracht.In Fig. 3 shows a component that differs from FIG. 1 and 2 differs in that both pads 12 and 13 are coiled and on face the entire length of the cylinder 11. Their distance w is small compared to the diameter D. Connections 14 and 15 are attached at their ends.

F i g. 4 zeigt einen Keramikkörper 16. Er ist nach Art einer Ringspule mit einem leitenden Belag 18 überzogen, der gewendelt und seinerseits mit einer Keramikschicht der Dicke w bedeckt ist, auf welcher sich der Außenbelag 17 befindet. Die Beläge sind an beiden Enden mit Anschlüssen 19 und 20 versehen.F i g. 4 shows a ceramic body 16. It is in the form of a ring coil covered with a conductive coating 18, which is coiled and in turn with a Ceramic layer of thickness w is covered, on which the outer covering 17 is located. The pads are provided with connections 19 and 20 at both ends.

Das Bauelement gemäß F i g. 5 enthält eine keramische Scheibe 21 mit einem leitenden, z. B. aus Platin bestehenden Deckbelag 22 und einer in ihrem Innern angeordneten leitenden Spirale 23, beispielsweise aus Palladium. Der Abstand w zwischen Deckbelag 22 und Spirale 23 ist klein gegenüber dem Windungsabstand d, z. B. w = 0,1 mm und d = 2,0 mm. Beide Enden der Spirale, die über leitende Bahnen 23' zur belagfreien Scheibenfläche herausgeführt sind, haben Anschlüsse 24, die beispielsweise angelötet sind.The component according to FIG. 5 contains a ceramic disc 21 with a senior, e.g. B. consisting of platinum cover layer 22 and one inside arranged conductive spiral 23, for example made of palladium. The distance w between Covering 22 and spiral 23 is small compared to the winding distance d, z. B. w = 0.1 mm and d = 2.0 mm. Both ends of the spiral, the conductive paths 23 'to the coating-free disk surface are led out, have connections 24, for example are soldered on.

In der Schnittzeichnung der F i g. 6 ist eine Leitung nach F i g. 1 veranschaulicht, die jedoch nicht gerade verläuft, sondern gewendelt ist. Andere, nicht dargestellte Ausführungsformen bestehen aus gewendelten Leitungen nach F i g. 2 oder 3 oder spiralig gewundenen Leitungen nach F i g. 1 bis 3. Derartige Kombinationen von Wendel und Wendel oder Wendel und Spirale gestatten besonders raumsparende Bauweisen, z. B. für Verzögerungsleitungen.In the sectional drawing of FIG. 6 is a line according to FIG. 1, which, however, is not straight, but rather coiled. Other, Embodiments not shown consist of coiled lines according to F i G. 2 or 3 or spirally wound lines according to FIG. 1 to 3. Such combinations of helix and helix or helix and helix allow particularly space-saving designs, z. B. for delay lines.

Weitere, nicht abgebildete Ausführungsbeispiele umfassen Mehrschichtsysteme, die zusätzliche Kopplungen der Leiter untereinander enthalten oder die deren Abschirmung voneinander und von der Umgebung zulassen.Further, not shown exemplary embodiments include multi-layer systems, which contain additional couplings between the conductors or which shield them from each other and from the environment.

Claims

Claims: 1. Method for producing a component according to Kind of a homogeneous line made of ceramic insulating materials with embedded in it without gaps Electrodes that are a preformed ceramic Carrier is provided with a conductive coating and a thin layer on this coating a dielectric with the same burning behavior as the carrier is applied, then the assembled body is cooked and finally an external electrode is applied becomes, the dielectric at the time of wearing in deformable, more viscous or plastic consistency.

2. The method according to claim 1, characterized characterized in that the ceramic carrier has a substantially cylindrical shape.

3. The method according to claim 1, characterized in that the ceramic carrier is essentially flat.

4. The method according to claim 1, characterized in that that the application of the layers is repeated several times.

5. Procedure after a of Claims 1 to 4, characterized in that a material is used as the dielectric with high electrical susceptibility, preferably greater than 25, is used.

6. The method according to claim 5, characterized in that the dielectric used at the same time high magnetic susceptibility, preferably greater than 10, has.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that as a dielectric a material with a defined temperature coefficient of susceptibility is used will. B.

Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that as a dielectric, a material with voltage-dependent electrical susceptibility is used.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that as a conductor materials with a specific resistance less than 9-10- $ Ohm - m and, as dielectrics, materials of high quality with loss factors tan 8 of preferably less than 5 - 10 s are used.

10. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that as a conductor materials with a specific resistance greater than 9-10-8 ohms and / or as dielectrics materials of low quality with a loss factor tan ö greater than 5-10 -s, preferably greater than 20-10-3, can be used. Considered publications: German Patent Specifications No. 818 517, 949 577; German Auslegeschrift No. 1016 786; British Patent No. 820 212; U.S. Patent No. 2,915,718; “The Proc. of the Inst. of Electrical Eng, ", Part B, March 1959, p.129.