DE3346659A1

DE3346659A1 - Induktives bauelement

Info

Publication number: DE3346659A1
Application number: DE19833346659
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 7250 Leonberg Kersten; Hans Dr.rer.nat. 7141 Schwieberdingen Volz
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1983-12-23
Publication date: 1985-07-04

Description

Induktives Bauelement
Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Anwendung hierfür.
Aufgrund der allgemein bekannten Bauformen induktiver Bauelemente (Drosseln und übertrager) ist deren Anwendung häufig unerwünscht. Dies gilt ganz besonders für integrierte Schaltungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, um auch in integrierten Schaltungen induktiv wirkende Bauelemente realisieren zu können.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Lehre des Hauptanspruchs.
Damit ist eine Möglichkeit gegeben, induktive Bauelemente, vor allem übertrager, in Dünnschichttechnologie aufzubauen.
Das induktive Bauelement ist aus dünnen Schichten auf einem Substrat aufgebaut, wobei eine dieser Schichten aus magnetisierbarem Material besteht und einen Magnetkern bildet Durch weitere, geeignet angebrachte dünne Schichten wird eine den Magnetkern umschließende und von diesem isolierte Spule gebildet.
Der Magnetkern kann auch von einer zweiten, gleichartigen Spule umschlossen sein. Der Magnetkern kann "geblecht" sein, indem er aus mehreren magnetisierbaren Schichten mit dazwischen angeordneter Isolation besteht.
Das magnetisierbare Material des magnetischen Kreises ist vorzugsweise ein ferromagnetisches amorphes Metall.
Besonders geeignete amorphe Metalle sind den Ansprüchen 5 bis 10 zu entnehmen. Vorzugsweise befindet sich das induktive Bauelement zusammen mit weiteren in Dünnschichttechnologie hergestellten Schaltungsteilen auf einem gemeinsamen Substrat und bildet mit diesen zusammen eine integrierte Schaltung. Eine spezielle Bauform eines erfindungsgemäßen induktiven Bauelements und eine Anwendungsmöglichkeit hierfür sind den Unteransprüchen 12 und 13 zu entnehmen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnung weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen übertrager in der Aufsicht und im Schnitt.
Fig. 2 zeigt die Aufsicht auf einen anderen erfindungsgemäßen übertrager Ein erfindungsgemäßer übertrager wird nun anhand der Fig. 1 näher beschrieben. Fig. 1a zeigt den Schnitt, Fig. ib zeigt die Aufsicht; die Schnittlinie A - A in Fig. ib zeigt die Schnittebene des in Fig. la gezeigten Schnitts. Die Darstellung ist nicht maßstäblich.
Grundlage des übertragers ist ein Substrat 10 aus Glas.
In Frage käme aber auch ein Substrat aus Quarz, Halbleiter oder Keramik. Auf das Substrat 10 ist ein rechteckiger Magnetkern 11 aufgebracht. An einer Breitseite des Rechtecks sind schmale Streifen eines elektrisch leitfähigen Materials so über und unter dem Magnetkern 11 angeordnet, daß sie insgesamt eine den Magnetkern 11 umgebende Spule 13 bilden. Im Bereich der Spule 13 ist der Magnetkern 11 nach oben und unten durch je eine isolierende Zwischenschicht 14 und 15 gegenüber der Spule 13 isoliert. An der gegenüberliegenden Rechteckseite ist in gleicher Weise eine weitere Spule 16 angebracht.
Der in Fig. 1a gezeigte Schnitt zeigt deutlich die Reihenfolge, in der die einzelnen Schichten aufgebracht sind, die das induktive Bauelement 1 bilden. Zuerst werden diejenigen Teile der Spulen 13 und 16 durch eine Maske aufgestäubt (gesputtert), die später unterhalb des Magnetkerns 11 verlaufen sollen, es folgt die erste isolierende Zwischenschicht 14, darauf der Magnetkern 11, wiederum gefolgt durch die zweite isolierende Zwischenschicht 15 und als abschließende Schicht folgen die restlichen Teile der Spulen 13 und 16. Anstelle aufgestäubter Schichten können auch aufgedampfte Schichten zur Anwendung kommen. Die Strukturierung der einzelnen Schichten kann beispielsweise auch auf photolitographischem Wege erfolgen.
Der Magnetkern 11 kann auch aus mehreren gleichartigen ferromagnetischen Schichten bestehen, die durch isolierende Zwischenschichten voneinander getrennt sind.
Als magnetisierbares Material für den Magnetkern 11 eignen sich in ganz besonderer Weise ferromagnetische amorphe Metalle. Diese haben einerseits hervorragende magnetische Eigenschaften und eignen sich andererseits in hohem Maße für die Herstellung dünner Schichten. Gute ferromagnetische Eigenschaften weisen solche amorphen Metalle auf, die aus einer Legierung bestehen, die auf Ubergangselementen der Eisen-Gruppe basieren. Bevorzugt enthält das amorphe Metall mindestens ein Metalloid (B, C, Si, Ge, P). Durch Zugabe von Titan, Zirkon, Hafnium und/oder Niob können die magnetischen Eigenschaften beeinflußt werden. Bis zu 5% (Atomprozent) des amorphen Metalls kann aus anderen Elementen bestehen. Besonders geeignen sind amorphe Metalle aus einer Legierung auf Co-Fe-Basis, vorzugsweise aus Co F B mit x y 100-x-y' 70 c x < 80 und 4 < y < 10 (x, y in Atomprozent). Die isolierenden Zwischenschichten 14 und 15 bestehen aus Quarz, die Spulen 13 und 16 bestehen aus Gold, könnten aber auch aus jedem anderen in der Dünnschichttechnik gebräuchlichen Leitermaterial hergestellt sein. Die Spulen 13 und 16 könnten sogar aus demselben Material hergestellt sein wie der Magnetkern 11.
Ein solcher übertrager eignet sich in hervorragender Weise dazu, Teil einer integrierten Schaltung zu sen.
Aufgrund der sehr guten magnetischen Eigenschaften der genannten Materialien sind auch vielfältige Einsat möglichkeiten gegeben.
Anhand von Figur 2 wird eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen übertragers beschrieben. Der gezeigte übertrager weist einen auf einem Substrat 10 aufgebrachten rechteckigen Magnetkern 11 auf. Vier Spulen 20 bestehen je aus einem geradlinigen leitfähigen Streu fen, der den Magnetkern 11 an einer Breitseite unterquert und an der gegenüberliegenden Breitseite überquert. Zusammen mit je vier Anschlüssen 21 und 22 sind damit vier Leiter gebildet, die vom Magnetkern 11 nach Art einer Stromzange umgeben werden. Der magnetische Fluß im Magnetkern 11 ist damit proportional zur Summe der Ströme in diesen Leitern. An einer der Schmalseiten des Magnetkerns 11 ist eine Meßspule 23 mit mehreren Windungen in der im Beispiel nach Fig. 1 beschriebenen Weise angebracht. Damit kann die Summe der durch die Spulen 20 fließenden Ströme bestimmt werden. Die erforderlichen isolierenden Zwischenschichten sind in diesem Beispiel nicht eingezeichnet.
Ein übertrager in der in Figur 2 gezeigten Art ist für einen Fehlerstromschutzschalter geeignet. Dabei kann ein Teil der Auswerteschaltung auf dem Substrat 10 mit aufgebracht sein.
- Leerseite -

Claims

Patentansprüche 1. Induktives Bauelement mit einem Magnetkern und mindestens einer den Magnetkern umgebenden Spule, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das induktive Bauelement (1) aus dünnen Schichten (11, 13, 14, 15) auf einem Substrat (10) aufgebaut ist, daß eine dieser Schichten aus magnetisierbarem Material besteht und den Magnetkern (11) bildet, daß durch weitere, den Magnetkern (11) teils über- und teils unterquerende Schichten eine den Magnetkern (11) umschließende Spule (13) gebildet wird und daß der Magnetkern (11) von der Spule (13) durch isolierende Zwischenschichten (14, 15) getrennt ist.
2. Induktives Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (11) von einer zweiten, gleichartigen Spule (16) umschlossen ist.
3. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (11) aus mehreren übereinanderliegenden kongruenten Schichten magnetisierbaren Materials besteht und daß diese Schichten durch isolierende Zwischenschichten getrennt sind.
4. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisierbare Material ein ferromagnetisches amorphes Metall ist.
5. Induktives Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Metall eine Legierung ist, die auf übergangselementen der Eisen-Gruppe basiert.
6. Induktives Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Metall mindestens ein Metalloid (B, C, Si, Ge, P) enthält.
7. Induktives Bauelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Metall Titan, Zirkon, Hafnium und/oder Niob enthält.
8. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu fünf Prozent (Atomprozent) des amorphen Metalls aus anderen Elementen besteht.
9. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Metall eine Legierung auf Co-Fe-Basis ist.
10. Induktives Bauelement nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Metall aus Co Fe B x y 100-x-y besteht mit 70 < x < 80 (x in Atomprozent), 4 < y < 10 (y in Atomprozent).
11. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es Teil einer integrierten Schaltung ist.
12. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Spulen (20) vorhanden sind, daß jede dieser Spulen (20) aus einem Leiter besteht, der den Magnetkern (11) einmal unterquert und einmal überquert und daß eine weitere Spule (23) vorhanden ist, die mehrere Windungen um den Magnetkern (11) bildet.
13. Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem übertrager, der aus einem Magnetkern, einer diesen umgebenden Spule mit mehreren Windungen und mindestens zwei durch den Magnetkern führenden Leitern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der übertrager ein Induktives Bauelement nach Anspruch 12 ist.