DE2441317A1 - Verfahren zum induktivitaetsabgleich von flachspulen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Induktivitätsableich von FlachsEul~en.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Induktivitätsabgleich von Flachspulen, die insbesondere in Schichttechnik hergestellt sind.
• Die Ausbildung von konzentrierten Induktivitäten erfolgt meist durch ein- oder mehrlagige Zylinderspulen mit oder ohne magnetisch aktiven Kern. Für solche Spulen sind verschiedene Abgleichverfahren bekannt, die im allgemeinen auf einer örtlichen Veränderung, z.B. Verschiebung oder Verdrehung, der magnetisierbaren Teile, z.B. Schraubkerne aus Ferrit oder der Spulenteile zueinander beruhen. Bei kleinen Zylinderspulen kommt auch eine unmittelbare Verbnderung der meist verhältnismäßig dicken und selbsttragenden Wicklung in Frage Aus wirtschaftlichen Gründen und in Hinblick auf eine möglichst hohe Zuverlässigkeit ist man neuerdings bestrebt, elektronische Netzwerke möglichst in integrierter Form herzustelii!n. Die Ausbildung von Induktivitäten ist dabei vom Prinzip her sehr schwierig. Bei integrierten Halbleiterschaltungen gibt es hierfür überhaupt keine Lösung. Bei Dickschichtschaltungen, die in Siebdrucktechnik gefertigt werden, und Dünnschichtschaltungen, die in Aufdampf- oder Aufstäubtechnik hergestellt werden, kann man dagegen Induktivitäten bis zu einigen /uH noch in brauchbarer Weise verwirklichen. Am besten eignen sich dazu auf dem Substrat aufgebrachte spiralenförmige Leiterbahnen, wobei, wie dies in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, die Grundform kreisförmig oder quadratisch sein kann. Für die Berechnung der Induktivität einer solchen einlagigen Flachspule gibt Bryan, E.H. in "Printed Induktors and Capacitors, Tele-Tech and Electronic Industries, Dezember 1955, Seiten 68 bis 122", folgende Formel an: L = E (d + d.) 5/3 log 4 d + di a 1 . n log 4 das - dj wobei n = Windungszahl di = Innendurchmesser der Spirale da = Außendurchmesser der Spirale K = 1,24 nH/mm für kreisförmige Spirale (Fig. 2) K = 1,39 nH/mm für quadratische Spirale (Fig. 1) Bei einer in Schichttechnik hergestellten spiralenförmigen Spule ist sowohl die Windungszahl n als auch das Verhältnis der Außen- und Innendurchmesser der Spirale da/di bei gegebener Druck-, Xtz- oder Aufdampfvorlage genau definiert. Für die Reproduzierbarkeit des Induktivitätswertes ist daher nur der lineare Abmessungsfaktor, z.B. der Außendurchmesser da maßgebend, und zwar ist AL Ada L d d.h. die prozentuale L-Schwankung ist so groß wie die prozentuale da-Schwankung. Da letztere nur durch Schrumpf-Schwankungen des Substrates oder der Vorlage hervorgerufen wird, sind nur geringe lt-Schwankungen zu erwarten. Von der Spule her gesehen wird also nur ein verhältnismäßig kleiner Abgleichsbereich benötigt. Da aber infolge des weitreichenden Streufeldes einer Flachspule elektrisch leitende oder magnetisierbare Materialien, die sich in Nachbarschaft der Flachspule befinden, die Induktivität beeinflussen und manchmal auch die Toleranzen anderer Bauelemente ausgeglichen werden sollen, ist eine Abgleichmöglichkeit in der üblichen Größenordnung von + 10 % anzustreben.
• Die oben erwähnte Tatsache, daß magnetisierbares Material in der Nähe der Spule die Induktivität beeinflußt, kann für Abgleichverfahren herangezogen werden. Üblicherweise wird dann ein geeignet geformter Ferritkern verwendet, dessen Lage zur Spule veränderbar ist. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß aufwendige Haltevorrichtungen für den Kern erforderiich sind, denn er muß in der abgeglichenen Lage gut fixiert sein. Es ist dazu ein entsprechend hoher Aufbau über der Schicht erforderlich, d.h., daß dieses Verfahren zum Abgleich der Induktivitat nicht schichttechnologiegerecht ist.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei in Schichttechnik hergestellten Flachspulen ein technologiegerechtes Induktivitätsabgleichveifahren anzugeben, das automatisierbar ist, die Güte der Spulen möglichst nicht beeinflußt und auch unter wechselnden Umgebungsbedingungen den einmal eingestellten Induktivitätswert konstant beläßt.
• Bei einem Verfahren zum Induktivitätsabgleich von.f-lachspulen, die insbesondere in Schichttechnik hergestellt sind, sieht die Erindung zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, daß je nach der Abweichung des Induktivitätsistwertes vom Sollwert ein mehr oder minder großer Teil der Flachspule mit einer Faste, bestehend aus einem mit einem Bindemittel vermengten magnetisierbaren Pulver, bedeckt und/oder die Dicke der aufgetragenen Paste erhöht wird.
• Da das Bindemittel allein infolge seiner dielektrischen Hochfrequenzverluste die Güte der Spule herabsetzen würde, das magnetisierbare Pulver, insbesondere Ferrit, dagegen seiner Zusammensetzung meist so gewählt werden kann, daß es die Güte erhöht, kann man im allgemeinen eine Mischung herstellen, die die Güte beim Induktivitäts-Abgleichvorgang nur wenig verändert.
• Im Hinblick darauf, daß die Güte einer Flachspule sehr stark von ihrer speziellen Ausführung abhängt und auch frequenzabhängig ist, wird jeweils in Anpassung an die Ausführung und Gestaltung der Flachspule eine geeignete Mischung bzw. Paste zusammengestellt, die vorteilhafterweise aus einem in einem organischen Bindemittel aufgeschlemmten Ferritpulver besteht.
• Vorteilhaft ist weiter, daß sich auch mit verhältnismäßig dünn aufgetragenen Pasten bereits genügend starke Induktivitätserhöhungen erreichen lassen und die Dosierung im ganzen Abstimmbereich sehr fein abgestuft werden kann.
• Als Bindemittel kann eine Masse gewählt werden, die sehr gut haftet und bei niederen Temperaturen, vorzugsweise bereits bei 1500 C, aushärtbar und alterungsbeständig ist, so daß der einmal abgeglichene Wert auch unter wechselnden Umgebungsbedingungen äußerst stabil erhalten bleibt.
• Der L-Abgleichvorgang läßt sich zudem automatisieren, indem man das Aufbringen der Paste z.B. mit einer Spritzvorrichtung durchführt und beim Erreichen des Sollwertes automatisch abbricht. In diesem Fall ist der Abgleichvorgang irreversibel, was auch für alle anderen schichttechnologiegerechten Abgleichvorgänge, z.B. mit Laserstrahl, zutrifft.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung näher erläutert.
• Als Paste zum Abgleich der Induktivität-wird eine Paste folgender Mischung verwendet: Bindemittel: Polyimidlack 2,4 g Verdünner für Polyimidlack 1,0- g Ferritpulver: Überstöchiometrisches Ni-Ferrit mit Co-Zusatz 4,6 g (Korngröße # 40 µm) Als Flachspule dient eine kreisförmige Spiralspule der in Fig. 2 gezeigten Art, die aus einer auf ein Al203-Substrat mit 0,62 mm Stärke aufgebrachten 35 µm starken Kupfer-Folie ausgeätzt ist und bei einer Bahnbre-itevon ca. 0,4 mm und einem Abstand zwischen den einzelnen Bahnen von etwa 0,4 mm folgende Werte besitzt: n = 10 da = 20,5 mm di = 4,5 mm.
• Diese Flachspule hat bei einer Meßfrequenz von 40 MEz eine Induktivität von etwa 1,3 /uH und eine Güte von etwa 116.
• Beim Bestreichen mit dem Polyimidlack allein sinkt die Güte auf etwa 103, beim Bestreuen mit- dem angegebenen Ferritpulver, und zwar ohne Bindemittel, steigt die Güte auf etwa 120.
• Aus Fig. 3 und 4 ist zu ersehen, -wie sich die Induktivität und die Güte ändern, wenn ein zunehmender Teil-der Spulen oberfläche (siehe den Bedeekungswinkel in-Fig. 3) mit der Paste etwa 0,1 mm dick überzogen wird. Wie zu erwarten), besteht zwischen #L/Lo und Y ein linearer Zusammenhang. Bei 100%iger-Bedeckung, d.h.# = 360°, ergibt sich einet L-Zunahmeum etwa 5 , wobei keine Güteänderung festzustellen ist.
• In Fig. 6 ist ein ähnliches Diagramm zu sehen, und zwar ist hier auf der Abszisse die in Fig. 5 dargestellte Schicht-A dicke d der auf die Flachspule aufgebrachten Paste aufgetragen, wobei die Bedeckung stets 100 %, d.h. = 3600, beträgt.
• Man erkennt, daß die L-Anderung mit zunehmender Schichtdicke einem Grenzwert zustrebt, der etwa bei 20 % liegt, und daß erst bei Schichtdicken über 0,2 mm eine geringe Abnahme der Güte auftritt.
• An dieser Stelle sei noch erwäh-nt, daß nach dem Trocknen und Auswerten des Lackes, was bei 1500 C etwa eine Stunde lang erfolgt, keine meßbare L-Änderung gegenüber dem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Auftragen der Paste festzustellen ist.
• 3 Patentansprüche 6 Figuren

Claims (3)

1. P a -t; e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Induktivit"tsabgleich von Flachspulen, die in Schichttechnik hergestellt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß je nach der Abweichung des Induktivitätsistwertes vom Sollwert ein mehr oder minder großer Teil der Flachspule mit einer Paste, bestehend aus einem mit einem Bindemittel vermengtem magnetisierbarem Pulver bedeckt und/oder die Dicke der aufgetragenen Paste erhöht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d ad d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß als Paste ein in einem organischen Bindemittel aufgeschlemmtes Ferritpulver aufgetragen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß ein bei niederen Temperaturen, vorzugsweise bereits bei etwa 1500 C, aushärtendes Bindemittel verwendet wird.