DE3045585A1

DE3045585A1 - Trimmbare elektrische induktivitaetsspulen und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3045585A1
Application number: DE19803045585
Authority: DE
Inventors: Stephen T.C. Villanova Pa. Chen
Original assignee: Hull Corp
Current assignee: Hull Corp
Priority date: 1980-06-23
Filing date: 1980-12-03
Publication date: 1982-01-14
Also published as: FR2485247A1; GB2079066A; CA1154111A; JPS5713717A; GB2079066B

Description

DR.-ING. AVALTER ABITZ

DR. DIETER F. MORF ^

DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER

Patentanwälte

iüiirtlc.1.

Dezember 19 BO

Postanschrift / I'oslal Addri-ss PostfHch 8OO109. 8OOO München 80

I'ipnzenauerslraße 28

Telefon 98 32 22

Telegramme: Chemindus München Telex : (O) 5 23992

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Hull Corporation HatborOj Pennsylvania, V.St.A.

Trinunbare elektrische Induktivitätsspulen und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Induktivitätsspulen insbesondere auf trimmbare Dickschicht- und Dünnschichtinduktivitätsspulen.

Wenn Induktivitätsspulen in Abstimmkreisen, Filtern usw. verwendet werden, muß die Induktivität auf den erforderlichen Wert eingestellt und auf diesem Wert gehalten werden können. Es ist für zahlreiche Anwendungsfälle wünschenswert, elektronische Miniaturbauteile zu verwenden, damit man zu einem Mikroelektronik-Aufbau kommt. Eine Schwierigkeit bei derartigen Schaltungen besteht darin, daß die handelsüblichen Miniaturbauteile nicht einstellbar sind, und wegen ihrer geringen Abmessungen ist das Arbeiten mit ihnen schwer, wenn die Schaltung eingestellt oder abgeglichen werden soll.

Soweit der Anmelderin bekannt, sind bisher keine Versuche unternommen worden, die Induktivität einer Dünnschicht- oder Dickschichtinduktivitätsspule der in der US-Patentschrift 3 785 046 beschriebenen Art einzustellen, ohne eine physikalische Veränderung der Induktivitätsspule selbst oder der Schaltung vorzunehmen, deren Bestandteil die Induktivitätsspule ist. Es ist schwierig und unzweckmäßig, eine elektrische Verbindung mit einem Punkt auf der Wicklung der Induktivitätsspule herzustellen, außer man wählt die Eingangsund Ausgangsanschlüsse. Bei dem Versuch, eine Verbindung mit irgendeinem anderen Teil der Wicklung herzustellen, werden natürlich die dielektrischen Schichten durchstoßen und damit die hermetische Abdichtung zerstört, so daß die Wicklung schädlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt ist.

Außerdem ist in einem solchen Falle der Trimmbereich auf den

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Betrag beschränkt, der durch die letzte Windung der Spule gegeben ist, weil nur diese letzte Windung zugänglich ist, wenn man das Aufbrechen der hermetischen Abdichtung unberücksichtigt läßt.

Bei einer Spiralspule dagegen sind alle Spulenwindungen zugänglich, sofern die Spule vor dem Trimmen nicht versiegelt ist. Man kann den Abgriff so weit verschieben, bis die geforderte Induktivität erreicht ist, und anschließend wird der Abgriff durch Schweißen oder Löten festgehalten. In der Praxis stellt das aber eine schwierige und sehr genaues Arbeiten erfordernde Änderung dar, vor allem bei niedriger Induktivität. Lage und Länge des Drahtes am Abgriff müssen so eingerichtet werden, daß keine Trimmung der endgültigen Befestigung stattfindet. Das Ändern der physikalischen Kennwerte derartiger Spulen stellt einen sehr exakt auszuführenden und zeitraubenden Vorgang dar, der natürlich die Fabrikationszeiten und -kosten erhöht.

Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke ist das Trimmen von Dickfilm- und Dünnfilminduktivitätsspulen, die auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, durch Aufbringen einer Schicht aus Metall hoher Leitfähigkeit oder aus magnetischem Material hohen spezifischen Widerstands auf der anderen Seite des Substrats.

Mit dem genannten grundlegenden Gedanken ist das Hauptziel der Erfindung erreicht, nämlich die genannten Nachteile und Einschränkungen zu beseitigen, die mit den bisher bekannten Methoden des Trimmens von Dickschicht- und Dünnschichtinduktivitätsspulen verbunden sind.

Weiter löst die Erfindung die Aufgabe, eine Spule des genannten Typs mit hoher Stabilität der getrimmten Induktivität zu entwickeln.

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Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Bereitstellung einer Induktivitätsspule der genannten Art, an der die Induktivität nach Maßgabe der jeweiligen Forderungen erhöht oder herabgesetzt werden kann, indem einfach eine bestimmte Art und eine bestimmte Menge einer Beschichtung auf die der Spule abgewandte Seite des Substrats aufgebracht wird.

Ferner zeigt die Erfindung ein Verfahren zum Trimmen von Induktivitätsspulen der genannten Art, wobei die Abdichtung oder Passivierung der Spule durch den Trimmvorgang nicht beeinträchtigt wird.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Induktivitätsspule der genannten Art zeigt außerdem einen einfachen Aufbau und ist kostengünstig herzustellen.

Die genannten Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich genauer an der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen von bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung erläutern.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine trimmbare Induktivitätsspule in erfindungsgemäßer Ausführung;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Induktivitätsspule mit Substrat nach Fig. 1 und zeigt die Metallbeschichtung auf der der Spule abgewandten Seite des Substrats;

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer trimmbaren Induktivitätsspule nach der Erfindung;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht der Induktivitätsspule mit

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Substrat nach Fig. 3 und zeigt die magnetische Beschichtung auf der der Spule abgewandten Seite des Substrats.

Die Zeichnungen zeigen ein elektrisch nichtleitendes Substrat 10, das aus geeignetem Isoliermaterial, beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al₅O.,) hergestellt werden kann. Die eine Seitenfläche des Substrats 10 stellt die Unterlage für eine Dünnschicht- oder Dickschichtinduktivitätsspule 12 dar. Natürlich können beliebige, auf einem elektrisch nichtleitenden Substrat angeordnete Dünnschicht- oder Dickschichtinduktivitätsspulen benutzt werden, einschließlich Spiralspulen, die nach einem Dünnschicht- oder Dickschichtverfahren hergestellt sind. Die gezeichnete Induktivitätsspule ist in der US-Patentschrift 3 785 046 beschrieben.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist die der Induktivitätsspule 12 abgewandte Seite des Substrats mit einer Metallschicht 14 belegt, die aus Aluminium, Kupfer, Gold oder einem anderen Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht. Wenn durch die Induktivitätsspule 12 ein Wechselstrom fließt, erzeugt das magnetische Wechselfeld in der Metallschicht 14 Wirbelströme in einer solchen Richtung, daß das von den Wirbelströmen hervorgerufene Magnetfeld dem von dem Spulenstrom erzeugten Magnetfeld entgegengesetzt ist. Infolgedessen wird die Induktivität der Induktiv!tatsspule durch das Aufbringen der Metallschicht herabgesetzt. Der Betrag der Induktivitätsabnahme hängt ab von dem Durchmesser der Spule, der Dicke des Substrats und der Dicke und der Flächenausdehnung der Metallschicht.

Entfernt man von der Metallschicht 14, etwa durch Abschleifen, unterschiedliche Beträge der Flächengröße oder der Dicke der Schicht, so wird die Induktivität erhöht, bis

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die gesamte Metallschicht beseitigt ist; es ist zweckmäßig, für die Schicht ein Metall hoher Leitfähigkeit zu verwenden, um die in den Spulenkreis zurückwirkende Dämpfung so niedrig wie möglich zu halten. Diese Dämpfung setzt den Gütefaktor der Induktivitätsspule herab.

Beispielsweise ist bei einer Induktivitätsspule mit einer Wicklung, deren Außendurchmesser 2,5 mm (0,1 ") beträgt und die auf einem Aluminiumoxidsubstrat von 0,25 mm (10 mil) Stärke angeordnet ist, die Induktivität um etwa 35 % herabgesetzt, wenn eine Kupferbeschichtung von 0,025 mm (1 mil) Dicke auf die Substratunterseite aufgebracht ist. Somit ist ein Trimmbereich von 35 % erzielbar.

Bei der Ausführung nach den Fig. 3 und 4 wird mit einer magnetischen Schicht 16 von hohem spezifischen Widerstand anstelle der vorstehend beschriebenen Metallschicht 14 gearbeitet. Die Induktivität der Spule ist umso größer, je näher die magnetische Schicht liegt. Wenn die magnetische Schicht teilweise beseitigt wird (flächenmäßig verkleinert oder in der Dicke herabgesetzt) nimmt die Induktivität ab, bis die gesamte magnetische Schicht beseitigt ist. Der Betrag der Induktivitätszunahme hängt von der Permeabilität des verwendeten magnetischen Materials und der Dicke oder der Flächenausdehnung der Schicht ab.

Beispielsweise erhöht sich in einer Induktivitätsspule von 1,4 mm (0,055 ") Außendurchmesser auf einem 0,25 mm (10 mil) starken Substrat aus Aluminiumoxid die Induktivität um 17 %, wenn eine 0,05 mm (2 mil) dicke Schicht von magnetischem Alphaferrit auf die andere Substratseite aufgebracht ist. Somit beträgt der Trimmbereich in diesem Falle ungefähr 17 %.

Aus dem vorstehend Gesagten ergibt sich, daß die Metall-

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beschichtung dazu dient, insgesamt eine Herabsetzung der Induktivität gegenüber dem von der Induktivitätsspule als solcher gelieferten Induktivität herbeizuführen. Das Trimmen zur Erhöhung der Induktivität um unterschiedliche Beträge erfolgt durch Beseitigen unterschiedlicher Anteile der Dicke oder vorzugsweise der Flächenausdehnung der Metallbeschichtung. Durch die Anbringung einer magnetischen Beschichtung wird die Induktivität gegenüber dem durch die Induktivitätsspule als solche gegebenen Wert erhöht. Das Trimmen zum Herabsetzen der Induktivität erfolgt durch Beseitigen unterschiedlicher Anteile der Dicke oder der Flächenausdehnung der magnetischen Schicht. Die magnetische Beschichtung dient demnach dem Zweck, insgesamt eine Zunahme der Induktivität herbeizuführen.

Das Arbeiten mit einer magnetischen Beschichtung ist zweckmäßiger, weil die Zunahme der Induktivität und die sehr viel geringere übertragene Dämpfung zu einem höheren Gütefaktor der Induktivitätsspule führen.

Die Metallbeschichtung läßt sich aber, wenn eine übertrimmung eingetreten ist, leicht durch Auftragen einer leitfähigen Farbe oder eines leitfähigen Epoxidharzes zum Ersatz der getrimmten Flächenbereiche ersetzen.

Das Induktiv!tatstrimmen läßt sich durch Abschleifen der Metallschicht oder der magnetischen Schicht auf dem Substrat bewerkstelligen, nachdem dieses in ein Schaltungsbauteil eingefügt ist, sofern die beschichtete Fläche offenliegend angeordnet ist. Das Trimmen kann auch durch Laser erfolgen.

Die Erfindung liefert somit eine Dünnschicht- oder Dickschichtinduktivitätsspule, die getrimmt wird, ohne die hermetische Abdichtung zu beeinträchtigen oder die physikalischen

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Kennwerte der Induktivitätsspule oder der Schaltung zu verändern, in die die Induktivitätsspule eingebaut ist. Außerdem kann die Induktivitätsspule während der Fertigung oder nach dem Einsetzen in ein Schaltungsbauteil
getrimmt werden.

Ende der Beschreibung.

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Claims

P a t ent: a η s ρ r ü c h e :

Triininbare Induktivifcätsspule, gekennzeichnet durch .

(a) ein elektrisch nichtleitendes Substrat (10),

(b) eine elektrische Induktivitätsspule (12), die auf der einen Seite des Substrats (10) angeordnet ist, und

(c) eine Schicht (14) aus elektrisch leitendem oder magnetischem Material, die auf die der Induktivitätsspule (12) abgewandte Seite des Substrats aufgebracht ist.
2. Induktivitätsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (14) aus gut leitfähigem Metall besteht.
3. Induktivitätsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (14). aus einem magnetischen Material mit hohem spezifischen Widerstand besteht.
4. Induktiv!tatsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke oder die Flächenausdehnung der Schicht (14) gewählt wird, um eine vorgegebene Größe der Induktivität zu erzielen.
Verfahren zum Einstellen der Induktivität einer Dünnschicht- oder Dickschichtinduktivitätsspule, die auf der einen Seite eines Substrats angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus elektrisch leitendem Metall oder aus magnetischem Material auf die der Induktivitätsspule abgewandte Seite des Substrats aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Metall hoher Leitfähigkeit besteht, und daß die Dicke oder die Flächenausdehnung der Schicht verringert wird, um die Induktivität auf einen vorbestimmten Betrag zu erhöhen.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem magnetischen Material hohen spezifischen Widerstands besteht, und daß die Dicke oder die Flächenausdehnung der Schicht verringert wird, um die Induktivität auf einen vorbestimmten Betrag herabzusetzen.
8. Verfahren zum Herstellen einer trimmbaren Dünnschichtoder Dickschichtinduktivitätsspule, dadurch gekennzeichnet, daß

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α 3Q45585

(a) eine Dickschicht- oder eine Dünnschichtinduktivitätsspule auf die eine Seite eines elektrisch nichtleitenden Substrats aufgebracht wird, und daß

(b) eine Schicht aus elektrisch Mtendem oder aus magnetischem Material auf die der Induktivitätsspule abgewandte Seite des Substrats aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Schicht um ein Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit handelt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Schicht um ein magnetisches Material hohen spezifischen Widerstands handelt.