DE3720739C2 - Rechteckiger Torustransformator für integrierte Hybridschaltungen - Google Patents

Rechteckiger Torustransformator für integrierte Hybridschaltungen

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Description

Die Erfindung betrifft Transformatoren für integrierte Hybridschaltungen, bei denen sowohl gedruckte Leitun­ gen auf einem Substrat als auch Drahtbondschleifen ver­ wendet werden, um Primär- und Sekundärwicklungen über einem einstückigen, torusförmigen Kern zu bilden. Ge­ nau genommen bezieht sich die Erfindung auf einen sol­ chen Transformator mit einem rechteckigen, torusförmi­ gen Kern.
Die US 4 103 267 stellt den nächstgelege­ nen Stand der Technik dar. Der Hybridtransformator, der darin offenbart wird, wurde von der Anmelderin weithin in auf dem Markt verkauften, integrierten Hybridschal­ tungen für Trennverstärker und Gleichspannung/Gleich­ spannung-Wandler verwendet. Obwohl diese Erfindung wirt­ schaftlich sehr erfolgreich war, gab es verschiedene Probleme, die die Ausbeute und die Leistungsfähigkeit der integrierten Hybridschaltungen mit dem torusförmi­ gen Transformator für integrierte Hybridschaltungen nach US 4 103 627 verringern.
Ein Problem liegt darin, daß die praktisch maximal mög­ liche Anzahl von Primär- und Sekundärwindungen wesent­ lich niedriger ist als das wünschenswert wäre. Daher ist die primäre und die sekundäre Induktivität niedri­ ger als erwünscht. Die niedrige Primärinduktivität er­ fordert relativ große Primärströme in der Primärwick­ lung. Dadurch ist die Verwendung eines teureren Treiber­ transistors mit einer höheren Stromleistung erforderlich, als das wünschenswert wäre. Der erforderliche hohe Strompegel führt zu erhöhten Kosten und verringerter Zuverlässigkeit von Produkten, die den torusförmigen Transformator für integrierte Hybridschaltungen nach dem US 4 103 267 enthalten.
Ein anderes schwereres Problem liegt darin, daß bei Aus­ nutzung der maximal möglichen Anzahl von Windungen in der Primär- und Sekundärwicklung zur Erzeugung einer aus­ reichenden Primärwicklungsinduktivität und/oder ausrei­ chender Verstärkung des Signals, das an die Primärwick­ lung angelegt wird, die Leitungen an den äußersten En­ den der Primär- und Sekundärwicklung nur 0,25 mm voneinander entfernt sind. Dieser geringe Abstand von 0,25 mm führte zu einem schwierigen Problem von elektrischen Überschlägen zwischen der Primär-und Sekundärwicklung. Weiterhin ist die maximal mögliche Gesamtzahl von Windungen, also die Summe von Primär- und Sekundärwindungen, auf 39 begrenzt, wenn torusförmige Ferritkerne verwendet werden, die einen Innendurchmesser von 5 mm und einen Außen­ durchmesser von 9,5 mm aufweisen. Es wäre häufig wünschenswert, wesentlich mehr als 39 insgesamt mögliche Windungen zu haben, um eine angemessene In­ duktivität der Primärwicklung und/oder eine angemessene Spannungserhöhung zu erzielen.
Trotz der Verwendung eines sehr teuren dielektrischen Materials, das am Markt von der Firma DuPont unter dem Handelsnamen Parylene erhältlich ist, und trotz der Durchführung von verschiedenen Reinigungsschritten mit entionisiertem Wasser und Alkohol zur Entfernung jeder möglichen Ionenkontamination vor dem Überziehen des Sub­ strats mit dem Parylene-Dielektrikum gab es Ausfälle durch elektrische Überschläge an den benachbarten End­ punkten der Primär- und Sekundärwicklungen. Dies war eine fortdauernde Quelle von Schwierigkeiten, begrenzte die Ausbeute bei der Herstellung, erhöhte die Kosten und verringerte die zulässige Durchbruchspannung von Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandlern und Trennver­ stärkern, bei denen der Torustransformator nach Ol­ schewski eingesetzt wurde.
Es war sehr erwünscht, einen verbesserten Torustransfor­ mator zu entwickeln, der genauso "Prozeß-kompatibel" mit den normalen Herstellungsprozessen für integrierte Hybridschaltungen ist wie die Vorrichtung von Olschewski. Dabei sollte er aber nicht die großen primären Treiber­ ströme erfordern wie der Hybridtransformator nach Ol­ schewski, eine wesentlich höhere Ausbeute bei der Her­ stellung zulassen und dabei billiger und zuverlässiger sein sowie erheblich höhere Durchbruchspannungen der Isolation erlauben als der Hybridtransformator nach US 4 103 267.
Offensichtlich hat bis jetzt niemand daran gedacht, ei­ ne rechteckige, integrierte Hybridschaltung von dem allgemeinen Typ, wie er in dem Olschewski-Patent darge­ stellt ist, zu schaffen, obwohl Transformatoren mit einstückigen, rechteckigen Ferritkernen in anderen An­ wendungsfällen weithin benutzt wurden. Offensichtlich gab es bei den Fachleuten nicht die Erkenntnis, daß die Benutzung eines miniaturisierten, rechteckigen Torus­ transformators praktisch sein könnte und zu großen Vor­ teilen bei mikroelektronischen Produkten für hohe Span­ nungen, wie Trennverstärker und Gleichspannungs/Gleich­ spannungs-Wandler, führen könnte.
Statt dessen war der Stand der Technik bei integrierten Hybridschaltungen entweder die Verwendung des runden, torusförmigen Ferrittransformators für integrierte Hybridschaltungen nach US 4 103 267 oder die Verwendung von "handgewickelten", runden, torusförmigen Transfor­ matoren. Die handgewickelten, runden, torusförmigen Transformatoren waren im allgemeinen aus zwei U- oder E-förmigen Ferritkernstücken zusammengesetzt, die als Spulenkörper dienten, auf die die Primär- und Sekundär­ windungen, die ganz aus Draht bestanden, aufgewickelt wurden. Eine unhandliche Klammervorrichtung war vor­ gesehen, um die beiden Hälften des Ferritkerns fest miteinander zu verbinden. Es war erforderlich, sehr ge­ nau hergestellte "Halbkern"-Endoberflächen zu benutzen, damit diese genau zusammenpassen, um den Abstand zwi­ schen den Endabschnitten dieser Halbkerne zu minimieren. Hochspannungsgeräte mit solchen Torustransformatoren erwiesen sich als unpraktisch aufgrund ihrer Kosten oder aufgrund des oben erwähnten Überschlagens zwischen eng beieinanderliegenden Endabschnitten der Primär- und Sekundärwicklung. Um die oben erwünschten 39 Windungen bei dem Hybridtransformator nach. Olschewski zu errei­ chen, war es notwendig, einen Abstand zwischen den Mit­ ten der Drahtbonds, die Teile einer jeden Windung dar­ stellen, von nur 0,15 bis 0,18 mm vorzu­ sehen. Dieser Abstand führt dazu, daß die 76 µm breiten Metallisierungsstreifen einen Abstand von nur etwa 76 bis 90 µm aufweisen. Ein so geringer Abstand belastet den gegenwärtigen Stand der Technik sehr und verringert die Herstellungsausbeuten stärker als das annehmbar ist.
Rechteckige Transformatoren sind jedoch in anderen An­ wendungen als der Mikroelektronik weit verbreitet. Häu­ fig wurden rechteckige Transformatoren aus getrennten Kernstücken zusammengesetzt, die jeweils Spulenkörper bildeten, auf die die Primär-und Sekundärwindungen je­ weils aufgewickelt wurden. Diese Kernstücke wurden dann an ihren Endabschnitten durch zusätzliche Kernstücke aus dem gleichen Materials verbunden, wodurch sich die rechteckige Torusstruktur bildete. Diese Vorrichtungen wurden üblicherweise in Anwendungen mit geringer Trenn­ spannung verwendet. Die rechteckigen Kernanordnungen wurden jedoch nicht vorgesehen, um den geringstmögli­ chen Abstand zwischen den Leitern der Primär- und Se­ kundärwicklung zu erhöhen, sondern nur zur Vereinfa­ chung der Herstellung.
Es ist wichtig festzustellen, daß es relativ wenig größere Veränderungen in der Herstellungstechnik für integrierte Hybridschaltungen in den letzten Jahren ge­ geben hat. Der Stand der Technik ist gegeben durch die oben erwähnte US 4 103 267 sowie die JA-AS 48-22737, die US 3 104 377, US 3 675 095, US 3 764 938, US 4 188 651, die GB 811 295 und GB 1 469 944 sowie die DE-PS 11 97 561 und DE-PS 27 23 363.
Es besteht immer noch Bedarf für einen verbesserten Transformator des allgemeinen Typs, wie er in dem Ol­ schewski-Patent beschrieben ist. Dieser Transformator sollte aber eine erhöhte Induktivität und erheblich we­ niger Ausfälle aufgrund von elektrischen Überschlägen zwischen Primär- und Sekundärwicklung aufweisen. Außer­ dem sollte er keine neuen Schwierigkeiten in den Herstel­ lungsprozeß einführen, sondern den bisherigen Herstel­ lungsprozeß vereinfachen.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, einen verbes­ serten Transformator für integrierte Hybridschaltungen zu schaffen, der in ein Gehäuse von der gleichen Größe paßt, wie der oben beschriebene Transformator von Ol­ schewski, genauso mit den normalen Herstellungsverfah­ ren für integrierte Hybridschaltungen kompatibel ist, aber trotzdem die Anzahl der möglichen Windungen wesent­ lich erhöht und damit die Induktivität der Primärwick­ lung wesentlich erhöht, und bei dem die erfor­ derliche Stromstärke in der Primärwicklung für Hoch­ spannungsgeräte in integrierter Hybridschaltungstech­ nik, wie Trennverstärker und Gleichspannungs/Gleich­ spannungs-Wandler, verringert ist, bei dem weiterhin die Herstel­ lungsausbeute von Hochspannungskomponenten erhöht ist die integrierte Transformatoren benötigen, indem die Ausfälle durch elektrische Überschläge zwischen Primär- und Sekundärwicklung verringert werden, und bei dem ferner das Herstellungsverfahren für integrierte Hybridschaltungen mit solchen Transformatoren vereinfacht ist.
Die Erfindung sieht in Übereinstimmung mit einer Aus­ führungsform davon kurz gefaßt einen Transformator für integrierte Hybridschaltungen vor. Dieser umfaßt ein Keramiksubstrat mit zwei Gruppen aus jeweils einer Viel­ zahl von ebenen, parallelen Leitungen, die von Metalli­ sierungsstreifen auf einem isolierenden Substrat gebil­ det werden. Eine dielektrische Lage ist über den mittle­ ren Abschnitten eines jeden der planparallelen Leitun­ gen vorgesehen, wobei deren Endpunkte freibleiben. Ein rechteckiger, torusförmiger Ferritkern, der mit isolie­ rendem Material beschichtet ist, wird mit Klebstoff auf der dielektrischen Lage befestigt. Dabei ist es in den besten Ausführungsformen der Erfindung nicht erforder­ lich, das Substrat mit dem dielektrischen Material Parylene zu überziehen. In der beschriebenen Ausfüh­ rungsform der Erfindung sind die beiden parallelen Grup­ pen von Streifenleitungen in einem leichten Winkel auf gegenüberliegende Arme des Torus verteilt. Eine Viel­ zahl von Bonddrahtleitungen ist an dem einen Ende des jeweiligen Streifenleiters der ersten Gruppen angebon­ det und schlingen sich über einen Schenkel des Torus und sind dann an das entgegengesetzte Ende eines be­ nachbarten Streifenleiters der ersten Gruppe angebondet in einer Ebene senkrecht zu der Achse eines Schenkels des rechtwinkligen Ferritkerns. Dadurch wird eine Pri­ märwicklung mit einer großen Anzahl von Windungen ge­ schaffen. Die Sekundärwicklung ist auf die gleiche Wei­ se auf einem gegenüberliegenden Schenkel des recht­ winkligen Ferritkerns ausgebildet. Dadurch entsteht eine große Anzahl von Sekundärwindungen. Die beiden Wicklungen sind voneinander getrennt durch einen Ab­ stand, der der Länge der verbleibenden zwei Schenkel des rechtwinkligen Ferritkerns entspricht. Die Länge der verbleibenden zwei Schenkel des Ferritkerns ist ausreichend groß, um für ein hohes Maß an Isolation zu sorgen. Dadurch wird ein elektrischer Überschlag zwi­ schen der Primär- und der Sekundärwicklung vermieden, ohne daß die Verwendung eines dielektrischen Überzugs aus Parylene auf dem Substrat für Durchbruchspannungen bis zu 1500 V Wechselspannung erforderlich ist. Die ver­ bleibenden zwei Arme des Torus sind ebenfalls lang ge­ nug, um einen ausreichenden Platz für die Kapillare einer Drahtbondmaschine freizulassen, so daß diese sich zurückbewegen kann und eine ausreichende Länge an Bond­ draht abspulen kann, so daß sich dieser über einen Arm des rechtwinkligen Ferritkerns schlingt, und um die oben beschriebene Bondung an ein entgegengesetztes Ende eines benachbarten Streifenleiters auf dem Keramiksub­ strat durchzuführen.
Die Erfindung soll nun anhand der folgenden Zeichnun­ gen näher erläutert werden; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht, die den rechteckigen Torustransformator der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den rechteckigen Torustransformator der Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den rechteckigen Torustransformator der Fig. 1, wobei ein Teil des Mag­ netkerns ausgeschnitten ist;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Ausschnitt des rechteckigen Torus, wobei der Kern weg­ gelassen ist, aber die Bonddrähte und die Streifenlei­ tungen gezeigt sind;
Fig. 6 eine vergrößerte Zeichnung, die einen schlechten Drahtbond darstellt;
Fig. 7 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie 7-7 der Fig. 6;
Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht von dem Ende eines der Streifenleiter von Fig. 1, wobei ein korrek­ ter Drahtbond gezeigt wird; und
Fig. 9 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie 9-9 der Fig. 8.
Entsprechend den Zeichnungen umfaßt der Transformator 1 für integrierte Hybridschaltungen einen rechteckigen Ferrittorus 3, der auf der Oberfläche 2 eines Keramik­ substrats liegt. Der Torus 3 umfaßt vier "Schenkel" 3A, 3B, 3C und 3D. Eine Vielzahl von metallischen Leitungs­ streifen 6 befindet sich auf dem Substrat 2 unter dem Schenkel 3D des Torus 3 und bildet die unteren Ab­ schnitte einer Vielzahl von Windungen der Primärwick­ lung des Transformators 1. Auf gleiche Weise befindet sich eine Vielzahl getrennter Metallstreifenleitungen 8 auf dem Substrat 2 unter dem Schenkel 3A und bildet die unteren Abschnitte einer Vielzahl von Windungen der Sekundärwicklung.
Man erkennt am besten in der Schnittdarstellung der Fig. 4, daß der Ferrittorus 3 mit einem isolierenden Überzug 16 überzogen ist. Vorzugsweise bedeckt eine Isolationslage 17 alle Streifenleitungen 6 und 8 mit Ausnahme der äußersten Endstücke, um diese weiter von dem Ferrittorus 3 zu isolieren.
Die Primärwicklung umfaßt Zuleitungen 12 und 13, die gleichzeitig die äußersten Streifenleitungen 6 der Primärwicklung bilden, wie dies am besten in Fig. 2 zu erkennen ist.
Die Primärwicklung umfaßt ebenfalls eine Vielzahl von Bonddrahtschleifen 5. Die jeweils linken Enden dieser Bonddrahtschleifen sind "stitch-gebondet", d. h. auf einen der freiliegenden Endabschnitte eines der Strei­ fenleitungen 6 gebondet. Das rechte Ende einer jeden Bonddrahtschleife 5 ist auf den freiliegenden, rechten Endabschnitt eines benachbarten Streifenleiters 6 ball­ gebondet.
Auf gleiche Weise ist die Sekundärwicklung aus den Streifenleitern 8 aufgebaut. Zwei Zuführungsleitungen 9 und 11 stellen gleichzeitig die äußersten Streifenlei­ tungen 8 dar. Eine Mittelabgriffsleitung 10 geht in ei­ nen mittleren der Streifenleiter 8 über. Jede Windung der Sekundärwicklung umfaßt ebenfalls einen Bonddraht 7, der sich über den rechteckigen Torus 3 erstreckt und an entgegengesetzten Enden der freiliegenden Endabschnitte benachbarter Streifenleiter 8 angebondet ist.
Jede der Bonddrahtschleifen liegt über der Oberseite des Torus 3 flach auf. Jede Bonddrahtschleife umfaßt ebenfalls zwei steil geneigte "Beine", deren untere En­ den ball- und stitch-gebondet sind an die freiliegenden Enden der einzelnen benachbarten Leitungsstreifen 8. In Fig. 4 umfaßt beispielsweise die Bonddrahtschleife 7 ein linkes abfallendes Bein 7A, dessen Unterteil am Punkt 20-A an ein linkes Ende 8-A von einem der Strei­ fenleiter 8 ball-gebondet ist. Der Mittelabschnitt 7C der Bonddrahtschleife 7 liegt quer über die Oberseite des Torus 3. Der rechte Abschnitt 73 fällt von dem Ende des Abschnitts 7C steil zu dem Stitchbond 20B ab, der an dem rechten Ende 8-B eines benachbarten Streifen­ leiters 8 befestigt ist.
Wie man am besten aus den Fig. 3 und 5 erkennt, ist der mittlere Abschnitt von jedem der Streifenleiter 8 (und genauso der Streifenleiter 7) leicht geneigt (in der Ebene des Substrats 2), relativ zu dem Schenkel des Torus 3, um den die Windungen gebildet sind. Beispiels­ weise befindet sich der rechte, freiliegende Endab­ schnitt 8-1B des Streifenleiters 8-1 auf der gleichen Höhe wie der linke, freiliegende Abschnitt 8-2A des be­ nachbarten Streifenleiters 8-2. Die Bonddrahtschleife 7-2 ist mit ihrem linken Ende ball-gebondet auf den frei­ liegenden Endabschnitt 8-2A des Streifenleiters 8-2 und das rechte Ende der Bonddrahtschleife 7-2 ist stitch- gebondet an den frei liegenden Endabschnitt oder das Pad 8-1B des Streifenleiters 8-1. Alle anderen Windungen der Primär- und der Sekundärwicklung des Transformators 1 sind auf die gleiche Weise gebildet.
Am besten ist aus den Fig. 3 und 5 zu erkennen, daß die freiliegenden "Bondpad"-Endabschnitte eines jeden Strei­ fenleiters horizontal und parallel zu der Bonddraht­ schleife verlaufen, die an diesem Bondpad angeheftet ist. Die dazwischenliegenden, geneigten Abschnitte, wie 8-2 in Fig. 5, sind leicht geneigt in der Ebene des Substrats 2.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, liegt jede der Bond­ drahtschleifen in einer Ebene, die genau rechtwinklig zu der Längsachse des Schenkels des Torus 3 ist, über dem die Windung gebildet ist. Es ist wichtig, daß die Bonddrahtschlaufen statt der Streifenleitungen genau rechtwinklig zu der Achse eines Schenkels des Torus sind, um ein "Rollen" oder "Verrutschen" der Bonddraht­ schleifen 5 und 7 entlang einer oberen Kante des Ferrit­ torus 3 zu verhindern. Ein solches Verrutschen könnte eventuell zu einem elektrischen Kurzschluß zwischen be­ nachbarten Bonddrahtschleifen führen, wodurch die Induk­ tivität der Windung reduziert werden würde.
Es hat sich als äußerst wünschenswert herausgestellt, die Enden der Bonddrahtschleifen 5 und 7 an Anschlußab­ schnitte der Streifenleiter durch "Stitchbonden" anzu­ schließen, die parallel anstatt schräg zu den Bond­ drahtschleifen sind. Die Fig. 6 und 7 erläutern, warum dies der Fall ist. In Fig. 6 ist die Bonddrahtschleife 7 "stitch-gebondet" auf den schrägen Bondpadabschnitt eines schrägen Streifenleiters 22. Der Fachmann weiß, daß die typischen Thermokompressions-Drahtbondkapilla­ ren dazu neigen, das Ende eines Bonddrahts zu spalten, wie dies durch die gespaltenen Enden 20B und 20C des Stitchbonds 20 angezeigt wird. Die gestrichelte Linie und die schraffierte Fläche 21 bezeichnen den Abschnitt des Stitchbonds, an dein ein elektrischer Kontakt mit dem Metallbondpad hergestellt wird. Dies ist die Flä­ che, an der der höchste Druck durch die Thermokompressi­ ons-Bonderkapillare oder -nadel ausgeübt wird, durch die der Bonddraht zugeführt wird.
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch den elektrischen Kon­ taktbereich 21. Daraus kann man erkennen, daß die obe­ re Oberfläche 22A des Bondpadabschnitts des Streifen­ leiters 22 etwas gewölbt ist. Wenn die effektive Stitchbondfläche 21 nicht genau in der Mitte der ge­ wölbten oberen Oberfläche des Streifenleiters 22 liegt, wird die wirksame Bondfläche aufgrund dieser Wölbung verringert. Wenn jedoch die Bondpadflächen parallel zu der Bonddrahtschleife 7 verlaufen, wie in Fig. 8 darge­ stellt, ist es erheblich weniger wahrscheinlich, daß eine Fehlanordnung der wirksamen Bondfläche 21 erfolgt. Dies ist in Fig. 9 gezeigt. Dabei ist der Endabschnitt 24 einer schrägen Streifenleitung 23, der als Bondpad dient, parallel zu der Bonddrahtschleife 7.
Die oben beschriebene Anordnung ist erheblich besser kompatibel mit den Herstellungsverfahren für integrier­ te Hybridschaltungen als die in der oben erwähnten US 4 103 267 offenbart. Die Streifenleiter 6 und 8 können aus Gold mit einer Dicke von etwa 15 µm und einer Breite von 0,18 mm bestehen, wie üblich. Die Streifen können einen Abstand von 0,18 mm aufweisen. Wenn die Abmessungen der Öffnung 4 des Ferrittorus 3 1,3 cm×1,3 cm betragen, dann können bis zu 32 Windungen mit Leichtigkeit auf der Primär- und/oder auf der Sekundärseite vorgesehen werden. Dies ist viel mehr, als es bei einem runden Torus der Fall wäre, der die gleiche Substratfläche belegt.
Die wesentlich größere Windungszahl der Primär- oder Sekundärwicklung bewirkt eine sehr hohe Eingangsinduk­ tivität, was sehr wünschenswert ist, da es die Anfor­ derungen an den Spitzentreiberstrom für die Primärwick­ lung wesentlich reduziert und damit die Verwendung von kleineren, billigeren Treiberstromtransistoren für eine kleinere Leitung erlaubt.
Ein wichtiger Vorteil der oben beschriebenen Struktur besteht darin, daß es nicht notwendig ist, einen Über­ zug von Parylene-Isolationsmaterial auf irgendeinem Stück der Struktur mit Ausnahme des Torus selbst zu be­ nutzen, es sei denn, die Anforderungen an die Durch­ bruchspannung liegen oberhalb von 1500 V Wechselspan­ nung. Weiterhin sind die aufwendigen Reinigungsvorgänge vor der Aufbringung einer Parylene-Lage nicht notwen­ dig. Die Vorteile einer erheblich höheren Durchbruch­ spannung zwischen Primär- und Sekundärwicklung, einer hohen Impedanz der Primärwicklung, eines großen Span­ nungsübersetzungsverhältnisses und einer allgemein höheren Zuverlässigkeit wurden dadurch erreicht, daß ein rechteckiger Torustransformator entsprechend der vorliegenden Erfindung in einem Gehäuse mit der glei­ chen Größe verwendet wurde, wie es benötigt wurde, um den Rundtorustransformator des Standes der Technik un­ terzubringen. In manchen Fällen vereinfacht die recht­ eckige Öffnung 4 die Aufgabe, den Drahtbondkopf darin zu bewegen.
Die Verfügbarkeit des Transformators für integrierte Hybridschaltungen nach der vorliegenden Erfindung er­ laubt die Herstellung von zuverlässigen Hochspannungs- Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandlern und Trenn­ verstärkern zu geringeren Kosten als das bisher mög­ lich war. Dies wird dadurch erreicht, daß es nun die Möglichkeit gibt, die Gesamtzahl von 64 Windungen auf einem rechteckigen Torus auf einer Substratfläche von 1,9×1,9 cm unterzubringen. Bei Benutzung eines runden Torus können höchstens 37 Win­ dungen vorgesehen werden. Der geringste Abstand zwi­ schen den entstehenden Primär- und Sekundärwicklungen bei einem runden Torus beträgt nur 0,19 mm. Dies führt zu dem oben erwähnten Problem von elektri­ schen Überschlägen und Komponentenausfällen. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Abstand zwischen Primär- und Sekundärwicklung 1 cm. Wenn die Permeabi­ lität des Ferrits, die Querschnittsfläche und die ma­ gnetischen Weglängen gleich sind, weist der rechteckige Torustransformator die etwa dreifache Induktivität des runden Torustransformators auf.

Claims (7)

1. Hybridtransformator zur Verwendung in einer integrierten Hybridschaltung, umfassend
  • a) ein nichtleitendes Substrat (2) mit einer ebenen Oberfläche;
  • b) eine erste und eine zweite Gruppe von par­ allelen Metallstreifenleitungen (8, 6), die auf der ebe­ nen Oberfläche aufliegen und jeweils ein inneres und ein äußeres Ende aufweisen;
  • c) ein dielektrisches Material (17) auf mitt­ leren Abschnitten von jedem der Streifenleitungen (8, 6) zwischen den inneren und äußeren Enden, wobei sich die inneren und äußeren Enden über das dielektrische Material (17) hinaus erstrecken, gekennzeichnet durch
  • (d) einen einstückigen, rechteckigen Magnetkern (3), der mit dielektrischem Material (16) überzogen ist und einen ersten, zweiten, dritten und vierten Schenkel (3A, 3B, 3D, 3C) aufweist, wobei der erste und der dritte Schenkel (3A, 3D) parallel sind und der zwei­ te und der vierte Schenkel (3B, 3C) parallel sind, wobei die erste Gruppe von Streifenleitungen (8) unter dem ersten Schenkel (3A) liegt und die zweite Gruppe von Streifenleitungen (6) unter dem dritten Schenkel (3D) liegt;
  • e) eine Klebstofflage, die den rechteckigen Magnetkern (3) mit dem dielektrischen Material (17) oberhalb der Streifenleitungen (6, 8) verbindet; und
  • f) eine erste Gruppe von Bonddrahtleitungen (7), die sich über den ersten Schenkel (3A) schlingen und erste und zweite Enden aufweisen, die auf ein äußeres Ende einer Streifenleitung der ersten Gruppe und ein inneres Ende einer benachbarten Streifenlei­ tung der ersten Gruppe drahtgebondet sind und so eine Primärwicklung bilden, und eine zweite Gruppe von Bonddrahtleitungen (5), die sich über den dritten Schenkel (3D) schlingen und jeweils ein erstes und ein zweites Ende aufweisen, das an ein inneres Ende einer Streifenleitung der zweiten Gruppe und an ein äußeres Ende einer benachbarten Streifenleitung der zweiten Gruppe gebondet sind und so eine Sekundärwicklung bil­ den.
2. Hybridtransformator nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der rechteckige Magnetkern (3) aus Ferrit besteht und die Streifenleitungen (6, 8) sowie der Bonddraht aus Gold bestehen.
3. Hybridtransformator nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Drahtbondungen (20) in einer bestimmten Ebene rechtwinklig zu einer Längsachse des ersten Schenkels (3A) des rechteckigen Magnetkerns (3) liegt.
4. Hybridtransformator nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede der Streifenleitungen (6, 8) etwa 0,18 mm breit ist und der Abstand zwischen den benachbarten Streifenleitungen (8) der ersten Gruppe etwa 0,18 mm und der Abstand zwischen den be­ nachbarten Streifenleitungen (6) der zweiten Gruppe ebenfalls etwa 0,18 mm beträgt.
5. Hybridtransformator nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die inneren Abmessungen des Magnet­ kerns (3) 1,3 cm×1,3 cm und die äußeren Abmessungen 1,8 cm×1,8 cm betragen.
6. Hybridtransformator nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede der Streifenleitungen (6, 8) zwei freiliegende Endabschnitte aufweist, die planparallel zu den Bonddrahtschlaufen sind, die jeweils darauf ge­ bondet werden, und außerdem ein Mittelstück aufweist, das relativ zu den Ebenen der Bonddrahtschlaufen geneigt ist, um so die Zuverlässigkeit der Drahtbondungen zu er­ höhen.
7. Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb eines Transformators für integrierte Hybridschaltungen, umfassend folgende Schritte:
  • a) Anordnung von einer ersten und einer zweiten Gruppe von parallelen Metallstreifenleitungen (8, 6) auf einem nichtleitenden Substrat (2), wobei jede Strei­ fenleitung (8, 6) ein inneres Ende und ein äußeres Ende aufweist;
  • b) Erzeugung einer Lage dielektrischen Materi­ als (17) auf mittleren Abschnitten einer jeden der Streifenleitungen (8, 6) zwischen deren innerem und äußerem Ende, wobei sich die inneren und äußeren Enden über die Lage dielektrischen Materials (17) hinaus er­ strecken, gekennzeichnet durch folgende Schritte
  • c) Befestigung eines einstückigen, rechteckigen Magnetkerns (3), der mit dielektrischem Material (16) überzogen ist und einen ersten, zweiten, dritten und vierten Schenkel (3A, 3B, 3D, 3C) aufweist, mit Klebstoff, wobei der erste und der dritte Schenkel (3A, 3D) par­ allel sind und der zweite und der vierte Schenkel (3B, 3C) parallel sind, und wobei sich die erste Gruppe von Streifenleitungen (8) unter dem ersten Schenkel (3A) befindet und die zweite Gruppe von Streifenleitungen (6) unter dem dritten Schenkel (3D) liegt;
  • d) Erzeugung einer ersten Gruppe von Bonddraht­ leitungen (7), die sich über den ersten Schenkel (3A) schlingen und erste und zweite Enden aufweisen, die auf ein äußeres Ende einer Streifenleitung (8) der ersten Gruppe und ein inneres Ende einer benachbarten Strei­ fenleitung (8) der ersten Gruppe aufgebondet sind, und außerdem Erzeugung einer zweiten Gruppe von Bonddraht­ leitungen (5), die sich über den dritten Schenkel (3D) schlingen und jeweils ein erstes und ein zweiten Ende aufweisen, die auf ein äußeres Ende einer Streifenlei­ tung (6) der zweiten Gruppe und ein inneres Ende einer benachbarten Streifenleitung (6) der zweiten Gruppe aufgebondet sind.
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