DE2533359A1

DE2533359A1 - Mikroelektronische spule mit veraenderbarer induktivitaet

Info

Publication number: DE2533359A1
Application number: DE19752533359
Authority: DE
Inventors: William James Knutson; Daniel Martin Smith
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1974-08-05
Filing date: 1975-07-25
Publication date: 1976-02-19
Also published as: SE403849B; CA1041621A; SE7508711L; FR2281696B1; NL7508025A; GB1451428A; DK352375A; US4035695A; JPS5138062A; JPS5818768B2; FR2281696A1

Description

2533359 Dipl.-Phys. O.E. Weber d-8 München 71

Patentanwalt Hofbrunnstraße 47

Telefon: (089)7915050

Telegramm: monopolweber münchen

M 135

MOTOROLA, TJTC.
5725 North East River Road Chicago, 111. 60631, U.S.A.

hikroelektronische Spule mit veränderbarer Induktivität

Die Erfindung betrifft eine mikroelektronische Spule mit veränderbarer Induktivität.

Es ist erwünscht, mikroelektronische Schaltungsanordnungen in vielen Anwendungsfällen für miniaturelektronische Einrichtungen zu verwenden. Eine solche Anwendungsmöglichkeit besteht in Miniaturradioeinrichtungen bzw. MiniaturSendeeinrichtungen, welche eine Größe haben, daß man sie in der Hand halten kann oder mit sich führen kann. Ein Problem bei solchen Schaltungen besteht darin, daß Miniaturbauelemente, welche auf dem Markt erhältlich sind, nicht einstellbar sind, und es ist schwierig, mit solchen Bauelementen zu arbeiten, um sie auf eine bestimmte Schaltung abzustimmen oder in entsprechender Weise abzuändern, weil sie so klein sind. In vielen Fällen ist es erforderliche, die Schaltung zunächst herzustellen und dann zu prüfen, und wenn sich dann herausstellt, daß die Arbeitsweise der Schaltung nicht innerhalb gewünschter Grenzen liegt, ist es erforderlich, einzelne Bauelemente auszutauschen, was sehr zeitaufwendig ist und erhebliche Kosten verursacht.

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Bei der Herstellung von mikroelektronischen Schaltungen sind Hybrid-Anordnungen verwendet worden, in welchen bestimmte Bauelemente dadurch ausgebildet werden, daß Leiter auf einem Isolator oder einem Substrat aufgebracht werden, und andere Bauelemente werden an diese Leiter durch Lötung oder in anderer Weise angeschlossen. Induktionsspulen sind dadurch hergestellt worden, daß spiralförmige und als Mikrostreifen ausgebildete Leiter als Beschichtung auf den Isolator aufgebracht wurden. Es ist dabei vorgesehen worden, die Induktivität der Spulen dadurch zu verändern, daß über Teile der Spule Brücken angeordnet werden, dies erfordert jedoch einen Lötvorgang, welcher das Substrat aufheizt und unter Umständen einzelne Bauelemente ablöten kann, die vorher an die Leiter angeschlossen waren. Obwohl getrennte einstellbare Induktionsspulenelemente verwendet werden können, besteht dabei jedoch der Nachteil, daß solche Elemente verhältnismäßig groß sind und einzeln an die Schaltung angeschlossen werden müssen. Demgemäß führt die Verwendung eines getrennten einstellbaren Bauelementes zu einer nennenswerten Erhöhung der Größenabmessung und der Kosten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine mikroelektronische Schaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher unter Vermeidung der obigen Nachteile die Induktivität einer Induktionsspule auf besonders einfache Weise auch nachträglich einstellbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß der Erfindung wird somit eine mikro elektronische Schaltung geschaffen, welche ein Substrat oder einen Isolator hat, auf welchem in bekannter Weise ein Leiter angeordnet ist. Weiterhin sind einzelne Bauelemente mit dem Leiter verbunden,

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um eine elektronische Schaltung oder Einrichtung wie einen Verstärker zu "bilden, wobei einzelne Bauelemente mit dem Leiter verlötet sind. Ein Teil des Leiters ist derart geformt, daß eine Induktionsspule entsteht, und dieser Teil hat parallele Zweige. Ein Abschnitt kann aus einem oder mehreren Zweigen herausgeschnitten werden, um diesen Zweig zu öffnen, so daß der Stromweg verändert wird und dadurch die induktivität der Spule beeinflußt wird. Dies kann geschehen, nachdem die Bauelemente mit dem Leiter verbunden sind und die Schaltung im Betrieb bereits geprüft wurde, so daß der Wert der Induktivität bestimmt werden kann, welcher zu der gewünschten Arbeitsweise der Schaltung führt. Das Herausschneiden eines Abschnittes aus dem Leiter durch ein Laserstrahlenbündel heizt das Substrat nicht in der Weise auf, daß die Lötverbindung mit den Bauteilen Schaden leiden, da nur eine sehr geringe Wärme erzeugt wird, und zwar außerordentlich stark lokalisiert.

Gemäß der Erfindung wird somit in außerordentlich vorteilhafter Weise eine Induktionsspule mit veränderbarer Induktivität geschaffen, indem in einer leitenden Beschichtung mit parallelen Zweigen in selektiver Weise solche parallele Zweige aufgetrennt werden können, wobei diese Anordnung mit einer diskreten Spule in Reihe geschaltet sein kann, so daß die Spule und der veränderbare Leiter gemeinsam den in einer Schaltung erforderlichen Induktivitätswert bilden. Dies führt zu der Möglichkeit, daß die Gesamtinduktivität eingestellt werden kann, nachdem die Schaltung fertiggestellt und geprüft ist, ohne daß die Schaltung beschädigt wird und ohne daß kostspielige Einrichtungen oder Verfahren zur Anwendung kommen.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

i'ig. 1 eine mikroelektrische veränderbare Induktivität gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 eine mit einer mikroelektrischen veränderbaren Induktivität in Eeihe geschaltete Spule.

Die Fig. 1 zeigt ein Substrat 10, welches aus einem keramischen Material oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial hergestellt ist, auf welchem nach einem beliebigen bekannten Verfahren ein Leiter 12 aufgebracht ist. Der Leiter hat ein Paar von Anschlußklemmen 14 und 16, mit welchen weitere Bauelemente verbunden werden können. Beispielsweise ist gemäß der Darstellung ein Kondensator 18 zwischen der Klemme 14 und einem weiteren Leiter 20 auf dem Substrat 10 angeordnet. Die Klemme 16 ist durch eine Brückenverbindung 22 mit einem weiteren Leiter 24 verbunden. Die Leiter 20 und 24 können mit anderen Bauelementen in verschiedenen bekannten Schaltungskonfigurationen geschaltet werden.

Es ist ersichtlich, daß die Klemme 16 den Mittelpunkt einer spiralenförmig angeordneten Spule bildet, welche eine erste Windung 26 um diese Klemme herum aufweist und weiterhin eine zweite Windung 28 hat, welche eine Schleife 30 einschließt, über welche eine Mehrzahl von Brücken 32 hinweggeführt sind. Die Brücke 32a, welche am nächsten an der zentralen Klemme sitzt, bildet einen Leitungsweg, so daß die zusätzlichen Brücken 32 und der übrige Teil der Schleife 30 verhältnismäßig unwirksam ist, weil der Strom in der zweiten Windung 28 durch die Brücke 32a fließt und von dort zur Klemme 14 gelangt.

V/enn die Schaltung einschließlich dem Leiter 12 mit anderen Bauelementen vereinigt wird, "beispielsweise mit dem Kondensator 18, um eine vollständige Arbeitsschaltung zu bilden, so kann die Schaltung geprüft werden, um ihre Eigenschaften festzustellen. Beispielsweise kann die durch den Leiter 12 gebildete Spule einen Teil eines Schwingkreises bilden, der für den Betrieb auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt ist. Die Induktivität dieser Spule kann in kleinen Schritten verändert werden, so daß die Veränderung fast kontinuierlich erscheint, indem die Brücken 32 aufgetrennt werden, so daß dadurch effektiv die Länge der zweiten Windung bzw. Schleife 28 des spiralenförmigen Leiters vergrößert wird. Wenn die Brücke 32a an ihren beiden Enden aufgetrennt wird, wie es durch die gestrichelten Linien 34 und 35 dargestellt ist, so fließt der Strom durch die zweite Brücke 32b, und die Induktivität wird etwas erhöht. Wenn eine stärkere Induktivität erforderlich ist, kann die Brücke 32b aufgetrennt werden, so daß der Strom durch die Brücke 32c fließt. Dies kann so weit fortgesetzt werden, bis die volle Länge der Schleife in die Schaltung einbezogen ist, wobei dann die maximale Induktivität vorhanden ist. Um eine Veränderung in der Induktivität herbeizuführen, ohne die übrige Schaltung zu beeinträchtigen, kann ein Laserstrahlenbündel dazu verwendet werden, die Abschnitte 3^ und 35 eier Brücken 32 im Bereich von deren Enden durchzuschneiden, welche mit der Schleife 30 verbunden sind. Durch die Verwendung eines Laserstrahlenbündels zum Auftrennen von Brücken wird nur eine außerordentlich kleine Wärmemenge frei, und diese Wärme ist derart lokal, daß sie die Verlötung der Bauelemente mit dem Leiter nicht beeinträchtigt. Dies bedeutet, daß die Brücke 22, welche mit der Klemme 16 verlötet ist, durch das den Wegen 34 und 35 entlang geführte Laserbündel nicht aufgetrennt würde. In ähnlicher Weise würde der Kondensator 18 nicht von der Klemme 14 des Leiters getrennt. Dadurch wird es ermöglicht, die Induktivität der Schaltung zu verändern, nachdem diese vollständig zusammengebaut ist, und zwar ohne Beeinträchtigung der Schaltungsanschlüsse.

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Die Schleife 30 mit den Brücken 32 kann derart aufgebaut sein, daß dann, wenn die Brücke 32a wirksam ist, um einen Strompfad zu bilden, die Induktivität die Tendenz hat, auf dem minimalen erforderlichen Wert zu liegen. In einem solchen Fall kann die gewünschte Induktivität dadurch erreicht werden, daß bestimmte Brücken aufgetrennt werden, bis die Induktivität auf den gewünschten Wert gesteigert ist.

In der Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt, bei welcher ein Isoliersubstrat 40 Leiter 42 und 44 aufweist, welche darauf aufgebracht sind. Die Enden einer Spule 46 sind mit den Leitern 42 und 44 beispielsweise durch Lösung verbunden. Der Leiter 42 kann mit anderen Bauelementen oder mit einer Anschlußklemme für andere Bauelemente verbunden sein. Der Leiter 44 erstreckt sich zwischen einer Klemme 48 und einer Klemme 50, wobei die Spule 46 mit der Klemme 48 verbunden ist. Die Leitung zwischen den Klemmen 48 und 50 ist derart ausgebildet, daß sie eine Schleife 52 bildet, wobei Brücken 53 und 54- sich quer über diese Schleife erstrecken.

Ebenso wie bei der Anordnung gemäß Fig. 1 können die Brücken und 54- selektiv aufgetrennt werden, indem mit einem Laserstrahlenbündel entlang den Linien 5& und 57 geschnitten wird. Wie oben im Zusammenhang mit der Schaltung gemäß Fig. 1 bereits erluutert wurde, bildet die Brücke 53 zunächst den effektiven Schaltungsweg und liefert einen minimalen Wert der Induktvität. Wenn Teile aus der Brücke 53 herausgeschnitten werden, bildet die Brücke 54- den effektiven Schaltungsweg, und die Induktivität ist dann etwas größer. Wenn sowohl aus der Brücke 53 als auch aus der Brücke 54- Teile herausgeschnitten werden, um

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diese Brücken aufzutrennen, so wird die gesamte Schleife 52 in die Schaltung einbezogen, wodurch die maximale Induktivität erreicht wird.

Die Brücke 53 (und die Brücke 5^) können mit Hilfe eines Laserstrahl enbündels entlang den gestrichelten Linien 56 und 57 aufgetrennt werden, um Teile des Leiters herauszuschneiden. Dieser Vorgang kann durchgeführt werden, ohne daß wesentliche Wärme auf das Substrat 40 übertragen wird, so daß die Lötanschlüsse der Spule 46, welche die Verbindung mit den Leitern 42 und 44 herstellen, sowie die Anschlüsse beliebiger anderer Komponenten an die Leiter nicht beeinträchtigt werden. -Diese Einstellung der Induktivität kann stattfinden, nachdem die Schaltung vollständig zusammengebaut ist und im Betrieb ist und Prüfungen durchgeführt wurden, um zu bestimmen, ob die Induktivität der Spule 46 und des mit der Spule in Reihe liegenden Leiters 44 dem optimalen Wert entspricht. Dies ermöglicht somit eine Veränderung der Induktivität einer diskreten festen Spule, und zwar in einer Weise, welche mit wesentlich geringeren Kosten verbunden ist als eine diskrete Spule mit veränderbarer Induktivität. Diese Einstellung ist wesentlich leichter durchzuführen als eine Veränderung oder ein Austausch der Spule, um eine Spule zu haben, die einen anderen Induktivitätswert hat, falls die Induktivität nicht optimal war.

Es hat sich gezeigt, daß die mikroelektronische veränderbare Spule gemäß der Erfindung in einem Hochfrequenzverstärker für einen Miniaturradiosender sehr vorteilhaft anwendbar ist, welcher eine verhältnismäßig hohe Energie liefert. Die Möglichkeit, die Induktivität der mikroelektronischen Spule zu verändern, nachdem der Verstärker fertiggestellt ist, schafft die Möglichkeit, das Bauelement zu prüfen und einzustellen, so daß es nicht erforderlich ist, eine zusätzliche Einstellung durchzuführen, wenn der Verstärker in den Sender eingebaut ist. Die Spule läßt sich mit geringen Kosten herstellen und sie benötigt einen verhältnismäßig kleinen Raum, so daß sie grundsätzlich zur Anwendung in elektronischen Miniatüreinrichtungen geeignet ist.

6 0 9 8 0 8/0317 " ^PatentansP^rüciie -

Claims

Patentansprüche

(1.yMikroelektronische Schaltung mit einem isolierenden Träger, mit einem auf dem Träger aufgebrachten Leiter, mit einem an den Leiter angeschlossenen und mit diesem zusammenwirkenden elektronischen Bauelement, welches dazu dient, eine Betriebsschaltung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (12) ein vorgegebenes Muster aufweist, daß der Leiter weiterhin eine Mehrzahl von parallelen Zweigen (32) aufweist, daß die Zweige des Leiters (12.) derart ausgebildet sind, daß ein Teil dieses Leiters (12) herausnehmbar ist, um die Induktivität der Spule zu verändern und auf diese Weise die Betriebscharakteristik der Schaltung zu beeinflussen.

2. Mikroelektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (12) als Spirale ausgebildet ist und daß eine Windung derselben eine Schleife mit Brücken (32) hat, welche quer zu der Schleife angeordnet sind, um parallele Zweige zu bilden.

3· Mikro elektronische Schaltung nach Ansprufch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsspule (46) mit dem Leiter (12) in Reihe geschaltet ist, wobei die Spule (46) und der Leiter (12) einen vorgebbaren Gesamtinduktivitätswert haben, und daß durch Herausnehmen von Brücken dieser Gesamtinduktivitätswert veränderbar·ist.

4. Mikroelektronische Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Induktivität bildende Teil des Leiters (12) derart ausgebildet ist, daß eine Schleife gebildet wird, welche quer über die Schleife angeordnete Brückenelemente aufweist, die parallele Zweige darstellen.

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^l). Verfahren zur Veränderung der Induktivität eines Leiters bei einer mikroelektronischen Schaltung gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung geprüft wird, um ihre Betriebscharakteristika zu bestimmen, und daß ein bestimmter Abschnitt aus einem Zweig des Leiters entfernt wird, um den Wert der Induktivität zu verändern und um auf diese Weise die Betriebscharakterik der Schaltung zu beeinflussen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt aus dem Leiter durch Anwendung eines Laserstrahlenbündels entfernt wird, welches eine so geringe Wärme erzeugt, daß die wärmeempfindlichen Anschlüsse nicht nachteilig beeinträchtigt werden.

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