DE19522043A1

DE19522043A1 - Induktives Bauelement

Info

Publication number: DE19522043A1
Application number: DE19522043A
Authority: DE
Inventors: Uwe Militz; Armin Germer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-06-17
Filing date: 1995-06-17
Publication date: 1996-12-19
Also published as: WO1997000526A1; TW312018B

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem induktiven Bauelement nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs aus. Induktive Bauelemente sind in Form von Spulen bekannt, bei denen ein elektrisch leitfähiger Draht in mehreren Windungen um einen rohrförmigen Körper gewickelt wird und schließlich die Enden des elektrisch leitfähigen Drahtes als Anschlußdrähte dienen und meist mit Kontaktelementen, welche am rohrförmigen Körper befestigt sind, verbunden sind. Die Herstellung solcher Spulen erfolgt üblicherweise mittels manueller Wicklung oder Wickelmaschinen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße induktive Bauelement mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das induktive Bauelement besonders preiswert und aufwandsarm herstellbar ist, da Drucktechniken oder Lithographietechniken für die Herstellung einsetzbar sind. Außerdem ist dieses induktive Bauelement auch in sehr kleinen Abmessungen herstellbar, was bei den bekannten induktiven Bauelementen meist nur mit hohem Aufwand möglich ist. Des weiteren läßt sich das induktive Bauelement gemeinsam mit anderen Bauelementen gleichzeitig auf einer Leiterplatte herstellen, wodurch sich die Herstellungskosten erneut verringern. Zudem ist das induktive Bauelement besonders exakt herstellbar, da dessen Geometrie insbesondere durch hochpräzise Verfahren, wie z. B. die Photolithographie sehr genau einstellbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen induktiven Bauelements möglich.

Sind die beiterschleifen annähernd kreisförmig ausgebildet, so ergibt dies den Vorteil, daß ein äußerst homogenes Magnetfeld mit dem induktiven Bauelement erzeugt werden kann und zudem die Berechnung dieses Magnetfeldes sehr einfach ist.

Es erweist sich außerdem als Vorteil, wenn durch die Innenräume der Leiterschleifen ein Durchbruch verläuft, durch den ein Ferritkern steckbar ist, da dadurch das erfindungsgemäße induktive Bauelement auch als Spule mit Kern, insbesondere Transformatorkern, einsetzbar ist.

Das induktive Bauelement ist besonders platzsparend und einer gewickelten Spule ähnlich ausfuhrbar, wenn je eines der Enden der Leiterschleifen in etwa über bzw. unter der zwischen den Leiterschleifen liegenden Öffnung angeordnet ist.

Die Strukturierung der elektrisch leitfähigen Schichten und/oder der wenigstens einen isolierenden Schicht mittels eines photolithographischen Verfahrens ist ein besonders preiswertes Herstellungsverfahren, da dieses Verfahren bereits für die Massenherstellung elektrischer Bauelemente eingesetzt wird und daher auch gut beherrscht wird.

Ebenso vorteilhaft ist es, die Drucktechnik für die Herstellung der elektrisch leitfähigen Schichten und/oder der wenigstens einen isolierenden Schicht einzusetzen, da mit diesem Verfahren auch größere Schichtdicken besonders preiswert herstellbar sind.

Der Einsatz von Leitpaste und/oder Isolierpaste zur Herstellung des induktiven Bauelements bietet den Vorteil, daß bereits beim Aufbringen der Pasten die Form der Leiterschleifen bzw. der isolierenden Schicht festgelegt und kontrolliert werden kann. Zudem sind solche Pasten sehr preiswert.

Verwendet man zur Verbindung von zwei Leiterschleifen durch die zwischen ihnen liegende Öffnung hindurch ein Verbindungsstück, welches die Öffnung in etwa ausfüllt, so verbessert dies wiederum die Berechenbarkeit des zu erzeugenden Magnetfelds und der Spulen, da dadurch eine exakt definierte Leitergeometrie entsteht.

Die Herstellung des Verbindungsstucks aus einer Leitpaste oder durch ein photolithographisches Verfahren bringt wiederum die Vorteile der kostengünstigen Realisierbarkeit mit sich.

Sind die Innenräume der Leiterschleifen durch eine weitere isolierende Schicht ausgefüllt, so läßt sich das induktive Bauelement in Schichtbauweise übereinander herstellen, wobei jede Schicht eine besonders plane Geometrie aufweist. Dadurch vereinfacht sich zum einen der Herstellungsprozeß und erhöht sich zum anderen die Genauigkeit, mit der sich das induktive Bauelement bezogen auf einen gewünschten Induktivitätswert herstellen läßt.

Sind die Leiterschleifen wenigstens teilweise als Spiralen ausgeführt, so läßt sich dadurch der Vorteil erzielen, daß weniger Schichten nötig sind, um eine vorgegebene Induktivität zu erhalten. Dadurch lassen sich sehr flache induktive Bauelemente herstellen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung aller leitenden Elemente eines induktiven Bauelements,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines induktiven Bauelements,

Fig. 3 eine aufgeschnittene Seitenansicht eines induktiven Bauelements,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines induktiven Bauelements,

Fig. 5 eine Ausführungsform mit spiralförmigen Leiterschleifen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der in Fig. 1 dargestellten perspektivischen Ansicht ist eine erste elektrisch leitfähige Schicht 11 vorgesehen, die in Form einer in etwa kreisförmigen, offenen Leiterschleife ausgebildet ist. An einem der beiden Enden weist die erste elektrisch leitfähige Schicht 11 ein Anschlußelement 12 in Form einer Anschlußleiterbahn auf. In mehreren Ebenen über der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 11 sind mehrere weitere elektrisch leitfähige Schichten 10 vorgesehen, die alle ebenfalls in Form einer in etwa kreisförmigen, offenen Leiterschleife ausgebildet sind und alle in etwa den selben Radius aufweisen, wie die erste elektrisch leitfähige Schicht 11 und alle in etwa konzentrisch zur ersten elektrisch leitfähigen Schicht 11 angeordnet sind. Die weiteren elektrisch leitfähigen Schichten 10 sind dabei bezüglich der Stelle, an der die Leiterschleife geöffnet ist, jeweils um ein kleines Winkelstück gegeneinander verdreht angeordnet, und zwar dergestalt, daß jeweils eines der beiden Enden von je zwei übereinanderliegenden Leiterschleifen miteinander um ein geringes Stück überlappen. Zwischen den beiden sich überlappenden Enden jedes übereinanderliegenden Leiterschleifenpaares ist je ein Verbindungsstück 13 angeordnet. Dadurch entsteht eine in etwa spulenförmige Struktur. Die oberste weitere elektrisch leitfähige Schicht 10 weist an ihrem noch freien, offenen Ende ein weiteres Anschlußelement 14 in Form einer Anschlußleiterbahn auf.

Das so beschriebene, elektrisch leitfähige Gebilde dient als Spule, da es elektrischen Strom in kreisförmigen Bahnen und in etwa wendelförmig ansteigend zwischen den beiden Anschlußleiterbahnen 12, 14 leitet, so daß ein axial zur Mittelachse der Leiterschleifen verlaufendes Magnetfeld entsteht.

Das in Fig. 1 dargestellte induktive Bauelement wird jedoch üblicherweise nicht als freischwebendes Gebilde hergestellt, sondern als Schichtenpaket, wobei zwischen den einzelnen elektrisch leitfähigen Schichten 10, 11 isolierende Schichten vorzusehen sind, um eine ordnungsgemäße Funktion des induktiven Bauelements zu gewährleisten. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt.

In Fig. 2 ist auf einem Trägersubstrat 17 die erste elektrisch leitfähige Schicht 11 mit der Anschlußleiterbahn 12 angeordnet. Darüber folgen, der Anordnung in Fig. 1 entsprechend, die weiteren elektrisch leitfähigen Schichten 10, wobei die Schichten 10, 11 jeweils untereinander mit den Verbindungsstücken 13 verbunden sind und die oberste weitere elektrisch leitfähige Schicht 10 die weitere Anschlußleiterbahn 14 aufweist. Zwischen je einem Paar aus übereinanderliegenden elektrisch leitfähigen Schichten 10, 11 ist eine elektrisch isolierende Schicht 15 angeordnet, die dort jeweils eine Öffnung 16 aufweist, wo das Verbindungsstück 13 die elektrisch isolierende Schicht 15 durchdringt. Während in der hier gezeigten Darstellung noch Luftspalte zwischen den elektrisch isolierenden Schichten 15 und den elektrisch leitfähigen Schichten 10, 11 dargestellt sind, ist es jedoch üblich, diese Anordnung als kompaktes Schichtenpaket ohne Luftzwischenräume herzustellen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

Bei der Darstellung des induktiven Bauelements in Fig. 3 wurde nacheinander jeweils eine der elektrisch leitfähigen Schichten 10, 11 und eine der elektrisch isolierenden Schichten 15 aufgebracht. Dabei wurde, um eine besonders plane Geometrie zu erhalten, jeweils der Innenraum jeder Leiterschleife mit einer weiteren isolierenden Schicht 18 ausgefüllt. Dies läßt sich am einfachsten dadurch erreichen, daß nach dem Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht 10, 11, eine Isolierpaste über der aufgebrachten elektrisch leitfähigen Schicht 10, 11 so verstrichen wird, daß sie gleichzeitig sämtliche Leerräume in der elektrisch leitfähigen Schicht 10, 11 ausfüllt und zusätzlich noch die nächst höher liegende elektrisch isolierende Schicht 15 bildet. Die Aussparung der Öffnung 16 läßt sich dann sowohl mittels Ätzen, als auch durch mechanisches Entfernen, wie Bohren oder Fräsen, aber auch durch Vorsehen einer Stempelform, die während des Einfüllvorganges der Isolierpaste an die Stelle der Öffnung 16 gesetzt wird und anschließend herausgezogen wird, realisieren. Zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Schichten 10, 11 aber ebenso der elektrisch isolierenden Schichten 15 sind außerdem photolithographische Verfahren, als auch Druckverfahren einsetzbar. Das Verbindungsstück 13 kann dabei hergestellt werden, indem zum Beispiel die Öffnungen 16 mit einer Leitpaste gefüllt werden, aber ebenso beispielsweise durch Löten oder ein photolithographisches Verfahren.

Die in Fig. 4 dargestellte perspektivische Ansicht zeigt ein induktives Bauelement, analog zu Fig. 3, bei dem zusätzlich durch die Innenräume der Leiterschleifen ein Durchbruch 19 angeordnet wurde. Dieser Durchbruch ist durch Ätzen oder Bohren oder ein sonstiges Verfahren herstellbar und geeignet, für die Durchführung beispielsweise eines Ferritkerns für das induktive Bauelement zu dienen. Zum Anschluß weist das induktive Bauelement die beiden Anschlußleiterbahnen 14, 12 auf, die von den Leiterschleifen zum Rand des induktiven Bauelements geführt sind, wo sie mit Anschlußkontakten zur Zuführung von elektrischem Strom für das induktive Bauelement verbunden werden können, was in der Figur nicht dargestellt ist.

Die Form der Leiterschleifen des induktiven Bauelements ist nicht auf die Kreisform beschränkt, sondern kann auch andere Geometrien, wie eine eckige Form oder eine ovale Form, aber auch beliebige andere offene Schleifenformen umfassen. Dieses Bauelement ist insbesondere als SMD(Surface Mounted Device)-Bauelement, vorzugsweise für die HF-Technik, einsetzbar.

Eine besonders flache Spulenanordnung ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei ist die erste elektrisch leitfähige Schicht 11 ebenso wie die weitere elektrisch leitfähige Schicht 10 in Form einer flachen Spirale ausgeführt, deren ineinanderliegende Windungen hier beispielhaft rechteckig geformt sind. Die elektrisch leitfähigen Schichten 10, 11 sind wiederum mittels eines Verbindungsstücks 13 und Anschlußleiterbahnen 12, 14 zu einem spulenförmigen Gebilde verbunden, das als induktives Bauelement dient. Auch hier wurde wie in Fig. 1 der Deutlichkeit halber nur die Anordnung der leitenden Teile des induktiven Bauelement s dargestellt. Zur realen Verwendung wird auch hier eine Einbettung dieser Struktur in nichtleitendes Material erfolgen, indem die leitenden Teile durch Drucken, Photolithographie, d. h. Maskieren, Ätzen, Entwickeln, Beschichten, oder sonstige Verfahren auf oder in plattenförmigen isolierenden Schichten erzeugt werden. Dabei sind als isolierende Schichten auch eine oder mehrere Leiterplatten einsetzbar.

Claims

1. Induktives Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Trägersubstrat (17) eine in Form einer ersten offenen Leiterschleife ausgebildete, erste elektrisch leitfähige Schicht (11) vorgesehen ist, die ein erstes Anschlußelement (12) zum elektrischen Anschluß des induktiven Bauelements aufweist, daß über der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (11) wenigstens ein Schichtenpaar aus einer mit wenigstens einer Öffnung (16) versehenen, elektrisch isolierenden Schicht (15) und einer darüber liegenden, in Form einer weiteren offenen Leiterschleife ausgebildeten, weiteren elektrisch leitfähigen Schicht (10) angeordnet ist, daß jeweils die durch die isolierende Schicht (15) voneinander getrennten elektrisch leitenden Schichten (10, 11) durch die Öffnung (16) hindurch miteinander elektrisch leitfähig verbunden sind und daß wenigstens eine der weiteren elektrisch leitfähigen Schichten (10) ein weiteres Anschlußelement (14) zum elektrischen Anschluß des induktiven Bauelements aufweist.

2. Induktives Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleifen annähernd kreisförmig ausgebildet sind.

3. Induktives Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Innenräume der Leiterschleifen ein Durchbruch (19), insbesondere eine Bohrung, vorzugsweise für einen Ferritkern verläuft.

4. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß je eines der Enden der Leiterschleifen in etwa über bzw. unter der zwischen den Leiterschleifen liegenden Öffnung (16) angeordnet ist.

5. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleifen und/oder die Öffnung (16) in der wenigstens einen isolierenden Schicht (15) durch Strukturierung der elektrisch leitfähigen Schichten (10, 11) und/oder der wenigstens einen isolierenden Schicht (15) mittels eines photolithographischen Verfahrens hergestellt sind.

6. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Schichten (10, 11) und/oder die wenigstens eine isolierende Schicht (15) übereinander gedruckt sind.

7. Induktives Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Schichten (10, 11) aus einer Leitpaste und/oder die isolierende Schicht (15) aus einer Isolierpaste hergestellt sind.

8. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbindung der Leiterschleifen durch die zwischen ihnen liegende Öffnung (16) hindurch ein Verbindungsstück (13) dient, das die Öffnung (16) in etwa ausfüllt.

9. Induktives Bauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (13) aus einer Leitpaste oder durch ein photolithograpisches Verfahren hergestellt ist.

10. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Innenräume der Leiterschleifen durch eine weitere isolierende Schicht (18) ausgefüllt sind.

11. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Leiterschleifen mehrere ineinanderliegende Teilschleifen nach Art einer Spirale aufweist.