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Die
Erfindung bezieht sich auf ein mehrschichtiges Keramikteil sowie
eine Leiterpaste zur Verwendung bei der Bildung eines inneren Leiters
darin und insbesondere auf ein integriertes nicht-reziprokes Schaltungselement,
das in einer Funkkommunikationseinrichtung angebracht ist, die dafür ausgelegt
ist, in dem Mikrowellenband oder dem Millimeterwellenband zu arbeiten,
sowie eine Leiterpaste zur Verwendung bei der Bildung eines inneren
Leiters darin.
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In
Verbindung mit dem drastischen Fortschritt der Funkkommunikationstechnologie
in den letzten Jahren besteht ein steigender Bedarf für elektronische
Teile, die dafür
ausgelegt sind, in einem Frequenzband von mehreren hundert Megahertz
bis zu einigen Gigahertz oder höher
zu arbeiten. In Verbindung mit der Größenreduktion der Funkkommunikationseinrichtungen,
wie es sich typischer Weise bei Mobiltelefonen zeigt, ist es außerdem erforderlich,
dass in derartigen Einrichtungen angebrachte elektronische Hochfrequenzteile
ebenfalls in der Größe und dem
Preis verringert werden. Verschiedene Integrationstechniken sind
angewandt worden, um mehrschichtige Keramikteile herzustellen.
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Bei
mehrschichtigen Keramikteilen sind ein keramisches Material und
ein Leitermaterial gemeinsam geheizt worden, sodass eine oder mehrere
Funktionen in einem Teil integriert sind. Derartige mehrschichtige Keramikteile
werden hergestellt durch ein Stapeln eines keramischen Materials
und eines Leitermaterials durch eine Druck- oder Beschichtungstechnik,
um ein Laminat zu bilden, durch ein Vereinzeln des Laminats in eine
gewünschte
Form und Abmessungen, und dann ein Heizen oder Brennen des geformten
Laminats oder ein Heizen oder Brennendes Laminats und dann ein Vereinzeln
des geheizten Laminats in eine gewünschte Form und Abmessungen,
und danach ein Bilden eines äußeren Leiters,
falls notwendig. Folglich haben die mehrschichtigen Keramikteile
eine Struktur, die jeweils innere Leiterschichten zwischen Keramikschichten
aufweist. Silber, Kupfer usw. wurden im Allgemeinen für den inneren
Leiter verwendet, der für
Hochfrequenz, insbesondere Mikrowellen, geeignet ist. In dem oben
genannten Herstellungsverfahren wurde angenommen, dass das Schmelzen
des inneren Leiters vermieden werden sollte, um zufriedenstellende
Eigenschaften zu erzielen. Es wurde daher angenommen, dass ein Heizen
bei einer Temperatur vorgenommen werden sollte, die nicht größer als
der Schmelzpunkt des inneren Leiters ist. Aus diesem Grunde wurde
angenommen, dass es unmöglich
ist, Silber, Kupfer und ähnliche
leitende Materialien mit einem niedrigen spezifischen Widerstand, aber
einem niedrigen Schmelzpunkt für
den inneren Leiter in Kombination mit keramischen Materialien zu
verwenden, die bei einer hohen Temperatur geheizt werden sollen.
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Zwischenzeitlich
offenbart die JP-A 252618/1994 des gleichen Anmelders ein Verfahren
zum Bilden eines niedrig-schmelzenden inneren Leiters, wie es oben
bei einem keramischen Material genannt wurde, das nicht für eine Niedertemperatur-Beheizung
ausgelegt ist. Dieses Verfahren, welches als Leiterschmelzverfahren
bezeichnet wird, erfolgt durch Heizen eines mehrschichtigen Keramikteils
bei einer Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt und weniger als dem
Siedepunkt eines leitenden Materials, das als ein innerer Leiter
verwendet wird, woraufhin sich das geheizte Leitermaterial in einem
Kühlschritt
verfestigt, um einen inneren Leiter zu bilden. Dieses Verfahren
hat die Tendenz, dass die Korngrenze zwischen Metallkörnern, die
gebildet wird, wenn das geschmolzene Leitermaterial aushärtet, dünn genug
wird, um in einem nennenswerten Maß als beseitigt angesehen zu
werden, wobei die Grenzfläche
zwischen dem keramischen Material und dem inneren Leiter weniger
Unregelmäßigkeiten
aufweist. Der innere Leiter ist somit in dem Hochfrequenz-Widerstand
verringert, und der Q-Wert
in dem Hochfrequenzbereich ist erhöht. Darüberhinaus können billige leitende Materialien,
die einen relativ niedrigen Schmelzpunkt haben, wie beispielsweise
Silber und Kupfer, für
den inneren Leiter verwendet werden. Darüberhinaus ist das Verfahren
vollkommen vorteilhaft in der Produktivität und den Kosten, da das keramische
Material und der innere Leiter gleichzeitig geheizt werden können.
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Das
zuvor beschriebene Leiterschmelzverfahren weist jedoch das Problem
auf, dass sich Lücken
oder Leerstellen in dem inneren Leiter bilden können, wenn der einmal geschmolzene
innere Leiter in dem nachfolgenden Kühlschritt aushärtet, was
darin resultiert, dass der innere Leiter einen erhöhten Widerstand
hat und das mehrschichtige Keramikteil einen verringerten Q-Wert
hat. Obwohl es selten vorkommt, kann der innere Leiter selbst durch
Lücken
unterbrochen sein. Sobald Lücken
gebildet sind, expandiert darüberhinaus
das Gas in den Lücken
unter dem Einfluss der latenten Wärme der Erstarrung in dem Kühlschritt,
was bewirkt, dass der geheizte Keramikkörper rissig wird. Dieses resultiert
in einem verringerten Produktionsergebnis. Somit muss die Bildung
von Lücken
in dem inneren Leiter verhindert werden, bevor mehrschichtige Keramikteile
durch das Leiterschmelzverfahren hergestellt werden können.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein mehrschichtiges Keramikteil, das
eine innere Leiterschicht und eine Keramikschicht aufweist, wobei
die innere Leiterschicht durch ein Heizen eines leitfähigen Materials
bei einer Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt und niedriger als
dem Siedepunkt des leitfähigen
Materials gebildet worden ist, wobei die Leiterpaste ein leitfähiges Material
sowie ein Metalloxid aufweist, das in einem Vehikel dispergiert
ist, wobei der Silbergehalt des leitfähigen Materials 70 Mol% oder
mehr beträgt,
wobei das Metalloxid mindestens ein Element ausgewählt aus
der Gruppe ist, die aus Galliumoxid, Lanthanoxid, Praseodymoxid,
Samariumoxid, Europiumoxid, Gadoliniumoxid, Dysprosiumoxid, Erbiumoxid,
Thuliumoxid, und Ytterbiumoxid besteht.
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1 ist eine teilweise weggeschnittene,
perspektivische Ansicht, die schematisch den Aufbau eines magnetischen
Zirkulatorelements eines drei-torigen Zirkulators darstellt.
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2 ist eine gesprengte, perspektivische
Ansicht, die den Gesamtaufbau des drei-torigen Zirkulators darstellt.
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3 ist ein äquivalentes
Schaltungsdiagramm des drei-torigen Zirkulators aus 2.
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4A, 4B und 4C zeigen
Schritte in einem Verfahren zum Herstellen des magnetischen Zirkulatorelements
aus 1.
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Die
Erfindung wird im Folgenden detaillierter beschrieben.
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Die
Leiterpaste gemäß der Erfindung
besteht aus einem leitfähigen
Material auf der Basis von Silber sowie einem ausgewählten Metalloxid,
das in einem Vehikel dispergiert ist.
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Ein
mehrschichtiges Keramikteil wird hergestellt durch ein schichtartiges
Anordnen der Leiterpaste zwischen Keramikmaterialschichten und Heizen
der Schichtenanordnung bei einer Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt
und weniger als dem Siedepunkt des leitfähigen Materials, wodurch eine
innere Leiterschicht und keramische Schichten gebildet werden. In diesem
Heizschritt reagiert das Metalloxid in der Leiterpaste mit dem keramischen
Material, woraufhin das Reaktionsprodukt die Grenzflächenenergie
von Silber absenkt. Als ein Ergebnis verbessert sich die Benetzbarkeit
des geschmolzenen Silbers, sodass sich der Silberleiter einheitlich über den
inneren Leiterschichtabschnitt innerhalb des geheizten Keramikkörpers verteilt,
um die Erzeugung von Lücken
zu verhindern. Da keine Lücken
gebildet werden, passiert es nie, dass sich das Gas in Lücken ausdehnt,
was bewirkt, dass der geheizte Keramikkörper rissig wird. Da das Heizen
bewirkt, dass die Mehrzahl der Metalloxide mit dem Keramikkörper reagiert
und in den Körper
hineindiffundiert, ist darüberhinaus
das Metalloxid in dem Leiter im Wesentlichen nicht vorhanden. Als
ein Ergebnis hat die innere Leiterschicht einen Leiterwiderstand
gleich oder nahe dem Leiterwiderstand von reinem Silber.
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Das
leitfähige
Material enthält
Silber als einen Hauptbestandteil. Dieses kann Silber alleine oder
eine Mischung von Silber mit einem Metall sein, das in der Lage
ist, eine feste Lösung
mit Silber zu bilden, wie beispielsweise Kupfer, Gold, Palladium
und Platin. Unabhängig
von den Arten des beigegebenen Metalls sollte der Silbergehalt des
leitfähigen
Materials 70 Mol% oder mehr sein. Dieses liegt daran, dass der spezifische Widerstand
einer Legierung höher
wird als der spezifische Widerstand von Silber, wenn der Gehalt
einer Mischungskomponente 30 Mol% übersteigt. Noch wünschenswerter
ist der Gehalt einer Mischungskomponente auf 5 Mol% oder weniger
beschränkt
(der Silbergehalt beträgt
95 Mol% oder mehr), um zu verhindern, dass die Herstellungskosten
ansteigen.
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Das
Metalloxid ist mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe, die aus
Galliumoxid (Ga2O3), Lanthanoxid
(La2O3), Praseodymoxid
(Pr6O11), Samariumoxid
(Sm2O3), Europiumoxid
(Eu2O3), Gadoliniumoxid (Gd2O3), Dysprosiumoxid
(Dy2O3), Erbiumoxid
(Er2O3), Thuliumoxid
(Tm2O3), und Ytterbiumoxid
(Yb2O3) besteht.
Dieses ist begründet
dadurch, dass die Metalloxide mit dem keramischen Körper reagieren
und in den Körper
hinein diffundieren können.
Wenn der Gehalt des Metalloxids geringer ist als 0,1 Gewichtsanteile
pro 100 Gewichtsanteilen des leitfähigen Materials, wird in dieser
Hinsicht keine ausreichende Reaktionsphase an der Grenzfläche erzeugt
und die Benetzbarkeit von Silber ist verschlechtert. Wenn der Gehalt
20 Gewichtsanteile übersteigt,
kann das gesamte Metalloxid nicht ausdiffundieren, und ein Teil
des Metalloxids wird in dem inneren Leiter hinterlassen, um den
Leiterwiderstand zu erhöhen.
Aus diesem Grunde beträgt
der Gehalt des Metalloxids vorzugsweise 0,1 bis 20 Gewichtsanteile
pro 100 Gewichtsanteilen des leitfähigen Materials. Die Partikelgröße des leitfähigen Materials
ist nicht kritisch, obwohl eine mittlere Partikelgröße von 0,1
bis 20 μm bevorzugt
wird, wenn der Leiter durch eine Siebdrucktechnik gebildet wird.
Aus dem gleichen Grunde wird es auch bevorzugt, dass das Metalloxid
eine mittlere Partikelgröße von 0,1
bis 20 μm
hat.
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Die
in der Erfindung verwendete Leiterpaste ist erhältlich, indem das leitfähige Material
und das Metalloxid in einem Vehikel dispergiert werden und die Mischung
geknetet wird. Eines oder mehrere geeignete Bindungsmittel, wie
beispielsweise Ethylcellulose, Nitrocellulose, und Acrylharze, organische
Lösungsmittel, wie
beispielsweise Terpineol, Butylcarbitol und Hexylcarbitol, Dispergentien,
aktivierende Agentien und dergleichen werden optional als das Vehikel
zugegeben. Der Vehikelgehalt der Leiterpaste beträgt vorzugsweise 5
bis 70 Gew.-%. Die Leiterpaste wird vorzugsweise auf eine Viskosität von ungefähr 300 bis
30.000 Zentipoise eingestellt.
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Verschiedene
mehrschichtige Keramikteile sind erhältlich, indem die Leiterpaste
und ein keramisches Material wechselweise durch eine bekannte Technik,
wie beispielsweise Druck- und
Schichttechniken, geschichtet werden, um dadurch ein grünes Laminat
zu bilden, wobei es bei einer Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt
und niedriger als dem Siedepunkt des leitfähigen Materials geheizt wird.
Beispielsweise können Chipkondensatoren,
Chipinduktoren, Zirkulatoren, Isolatoren, LC-Filter, Halbleiterkondensatoren
und mehrschichtige Glaskeramikplatten hergestellt werden. Die Leiterpaste
kann in Kombination mit irgendeinem keramischen Material verwendet
werden, das für
eine von mehreren Anwendungen ausgewählt wird, obwohl das Metalloxid
auf ein Beheizen hin effektiv insbesondere mit einem keramischen
Material reagiert, das Eisen (Fe) enthält. Daher ist die Leiterpaste
wirksam insbesondere wenn sie mit verschiedenen Ferrit-Materialien
kombiniert wird, wie beispielsweise einem granatartigen Ferrit und
Ni-Cu-Zn-Ferrit, und sie ist am besten geeignet als der innere Leiter
von nicht-reziproken Schaltungselementen (z. B. Zirkulatoren und
Isolatoren) und Chipinduktoren.
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Aus
verschiedenen nicht-reziproken Schaltungselementen, auf die die
Erfindung bevorzugt anwendbar ist, wird ein Zirkulator als ein typisches
Beispiel beschrieben. Der bevorzugte Zirkulator, auf den die Erfindung
anwendbar ist, ist beispielhaft in der US 08/219,917 (USP 5,450,045)
dargestellt. Der Zirkulator umfasst ein magnetisches Zirkulatorelement.
Das magnetische Zirkulatorelement umfasst innere Leiter, einen isolierenden
magnetischen Körper,
der integriert mit den inneren Leitern geheizt worden ist, sodass
der magnetische Körper
die inneren Leiter dicht umgibt, eine Vielzahl von Anschlusselektroden,
die elektrisch an einem Ende der inneren Leiter angeschlossen sind,
eine Vielzahl von Kondensatoren, die an die Anschlusselektroden gekoppelt
sind, um eine Resonanz mit der angelegten Hochfrequenz zu schaffen,
wobei Permanentmagnete angeregt werden, um ein magnetisches Gleichstromfeld über das
magnetische Zirkulatorelement anzulegen. In dem Zirkulator mit diesem
Aufbau bilden magnetische Hochfrequenzflüsse kontinuierliche geschlossene Schleifen
in dem magnetischen Zirkulatorelement aufgrund der Abwesenheit von
Diskontinuitäten
innerhalb des magnetischen Körpers,
sodass kein Demagnetisierungsfeld entsteht. Dieses gestattet eine
Größenverringerung,
Bandverbreiterung sowie Verlustreduzierung und ermöglicht eine
Kostenreduktion.
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1 ist eine teilweise weggeschnittene,
perspektivische Ansicht, die schematisch den Aufbau eines magnetischen
Zirkulatorelements eines drei-torigen Zirkulators darstellt, der
ein Beispiel für
den oben genannten Zirkulator ist; 2 ist
eine gesprengte, perspektivische Ansicht, die den Gesamtaufbau dieses
Zirkulators darstellt; 3 ist
ein äquivalentes
Schaltungsdiagramm dieses Zirkulators; und 4 stellt Schritte in einem Prozess für die Herstellung
des magnetischen Zirkulatorelements dieses Zirkulators dar.
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Wie
in diesen Figuren dargestellt ist, ist dieser Zirkulator ein drei-toriger
Zirkulator, und sein Zirkulatorelement 20 ist als reguläres Sechseck
in einer ebenen Form ausgebildet. Die ebene Form dieses Elements muss
jedoch nicht unbedingt ein reguläres
Sechseck sein, insofern, als ein symmetrisches rotierendes magnetisches
Feld erzeugt werden kann, und sie kann in irgendeine andere sechseckige
Form als das reguläre Sechseck
oder in eine andere mehreckige Form ausgebildet sein. Die mehreckige
ebene Form des Zirkulatorelements gestattet es, dass an seinen Seitenflächen vorhandene
Bereiche effektiv dafür
verwendet werden, diskrete Schaltungselemente anzubringen, wie beispielsweise
Resonanzkondensatoren, wodurch es ermöglicht wird, die Gesamtgröße kompakt
zu halten.
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In 1 bezeichnet eine Bezugsziffer 10 eine
vollständig
geheizte magnetische Materialschicht. Ein vorgegebenes Muster innerer
Leiter (zentrale Leiter) 11 ist so gebildet, dass es von
der magnetischen Materialschicht 10 umgeben ist. Die inneren
Leiter 11 in der dargestellten Konstruktion sind als zwei
laminierte Schichten ausgebildet. Jede Schicht ist mit einem Spulenmuster
ausgebildet, das aus drei Paaren von Streifen besteht, die sich
in drei radialen Richtungen erstrecken (radiale Richtung senkrecht
zu mindestens einer Seite des Sechsecks). Die Spulenmuster der sich
in der gleichen Richtung auf beiden der Schichten erstreckenden Streifen
sind elektrisch über
Defektelektronenleiter miteinander verbunden. Bei dieser Struktur
wird die magnetische Materialschicht auch als eine isolierende Schicht
verwendet. Ein Ende jedes Spulenmusters ist elektrisch mit einer
von Anschlusselektroden 12 verbunden, die auf jeder anderen
Seitenoberfläche
der magnetischen Materialschicht 10 gebildet sind. Ein
Erdungsleiter (Erdungselektrode) 13 ist auf den oberen
und unteren Flächen
und auch auf den seitlichen Oberflächen der magnetischen Materialschicht 10 ausgebildet,
an denen die Anschlusselektroden 12 nicht vorhanden sind.
Ein anderes Ende des Spulenmusters ist elektrisch mit dem Erdungsleiter 13 an
einer seitlichen Oberfläche
verbunden.
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Wie
es in 2 dargestellt
ist, hat der Zirkulator als Ganzes Resonanzkondensatoren 21a, 21b und 21c,
die jeweils elektrisch mit den drei Anschlusselektroden 12 des
magnetischen Zirkulatorelements 20 verbunden sind. Diese
Kondensatoren 21a, 21b, 21c sind vorzugsweise
Hochfrequenz-Durchführungskondensatoren,
die eine hohe Eigenresonanzfrequenz haben, wie es in der von der
Anmelderin eingereichten JP-A 251262/1993 beschrieben ist. Der Hochfrequenzkondensator
hat eine mehrschichtige Triplate-Streifenleiter-Struktur, die durch
ein Laminieren mindestens einer mehrschichtigen Einheit gebildet
ist, einen Erdungsleiter sowie eine dielektrische Schicht in der
beschriebenen Reihenfolge. Jede mehrschichtige Einheit ist durch ein
Laminieren eines Erdungsleiter, eines dielektrischen Materials,
eines inneren Leiters sowie eines dielektrischen Materials in der
beschriebenen Reihenfolge gebildet. Die Benutzung eines derartigen
Durchführungskondensators,
der einen weiteren Betriebsfrequenzbereich hat, kann die Verringerung
des Q-Werts verhindern. Die Art und Weise des Anschließens der
Anschlusselektroden und der Kondensatoren erfolgt, wie es in der äquivalenten
Schaltung der 3 dargestellt
ist.
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Erreger-Permanentmagnete 22 und 23 (siehe 2) sind oberhalb und unterhalb
des magnetischen Zirkulatorelements 20 angeordnet, um ein
magnetisches Gleichstromfeld 14 (siehe 1) über
das Zirkulatorelement 20 anzulegen.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zum Herstellen des Zirkulators mit dem oben dargestellten
Aufbau beschrieben.
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Obere,
zwischengeordnete und untere Schichten 40, 41 und 42 aus
dem gleichen isolierenden magnetischen Material werden bereitgestellt,
wie es in 4A dargestellt
ist. Normalerweise haben die oberen und unteren Schichten 40 und 42 eine
Dicke von ungefähr
0,5 bis 2 mm, und sie sind durch ein Laminieren mehrerer Schichten
gebildet, die ungefähr
100 bis 200 μm
dick sind (vorzugsweise 160 μm
dick). Die zwischengeordnete Schicht 41 hat eine Dicke
von ungefähr
30 bis 200 μm,
vorzugsweise ungefähr
160 μm.
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Das
hier verwendete magnetische Material ist im Allgemeinen ein granatartiger
Ferrit für
Hochfrequenz-Anwendungen. Der granatartige Ferrit für Hochfrequenz-Anwendungen
besteht vorzugsweise aus einem Yttrium-Eisen-Granat-(YIG)-System,
wobei bei einem mehr zur Veranschaulichung ersetzten Granatferrit der
Grundzusammensetzung Y3Fe5O12 verschiedene Element hinzugefügt sind.
Die Zusammensetzung des ersetzten Granatferrits wird durch die folgende
Formel wiedergegeben: (Y3–xAx)(Fe5–y1–y2BI y1BII y2)O12
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Das
Element A zum Ersatz von Y ist vorzugsweise mindestens eines von
Ca und Gd, und ein Spurenadditiv zur Verbesserung der Eigenschafen
ist vorzugsweise mindestens eines von Ho, Dy und Ce. Das Element
BI zum Ersatz für Fe ist vorzugsweise mindestens
eines von V, Al, Ge und Ga, das Element BII ist
mindestens eines von Sn, Zr und In, und ein Spurenadditiv zur Verbesserung
der Eigenschaften ist vorzugsweise mindestens eines von Mn, Co und
Si. Die Ersetzungsverhältnisse
liegen vorzugsweise in dem Bereich:
0 ≤ x ≤ 1,5
0 ≤ y1 ≤ 1,5 und
0 ≤ y2 ≤ 0,5.
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Das
atomare Verhältnis
des eigenschaftsverbessernden Spurenadditivs in der obigen Formel
ist im Allgemeinen bis zu 0,2. Darüberhinaus kann das Verhältnis von
(Y einschließlich
Ersetzungselement) : (Fe einschließlich Ersetzungselement) :
O von dem stöchiometrischen
Zusammensetzungsverhältnis
von 3 : 5 : 12 abweichen.
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Die
magnetischen Materialschichten werden gebildet unter Verwendung
einer magnetischen Materialpaste, die ein magnetisches Material
sowie ein Vehikel aufweist.
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Die
zwischengeordnete Schicht 41 ist an vorgegebenen Positionen
mit Kontaktlöchern 43a, 43b und 43c versehen,
die sich durch diese hindurch erstrecken. An jeder Kontaktlochposition
ist ein Kontaktlochleiter, der einen etwas größeren Durchmesser als das Kontaktloch
hat, durch Drucken oder Transfer ausgebildet. Der Kontaktlochleiter
kann entweder aus dem gleichen leitfähigen Material wie die inneren
Leiter oder aus einem Material bestehen, das einen höheren Schmelzpunkt
hat.
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Auf
den oberen Oberflächen
der zwischengeordneten und der unteren Schichten 41 und 42 sind
obere, innere Leiter 44a, 44b und 44c und
untere, innere Leiter 45a, 45b und 45c durch
Drucken oder Transfer einer inneren Leiterpaste ausgebildet. Diese
inneren Leiter 44a, 44b und 44c (45a, 45b und 45c)
sind drei Sätze
von Spulenmustern. Jeder Satz eines Spulenmu sters besteht aus einem
Paar von Streifen, die sich in der gleichen radialen Richtung (radiale
Richtung senkrecht zu mindestens einer Seite des Sechsecks) erstrecken, während sie
den Kontaktlöchern
anderer Streifen ausweichen. Die so geformte obere Schicht 40,
Zwischenschicht 41 und untere Schicht 42 werden
in dieser Anordnung gestapelt und dann durch Wärmepressen miteinander verbunden.
Dieses resultiert darin, dass trigonalsymmetrische Spulenmuster
auf den vorderen und hinteren Oberflächen der zwischengeordneten
Schicht 41 gebildet werden. Aufgrund der Symmetrie fallen
die Ausbreitungscharakteristika zwischen den Toren des Drei-Tor-Zirkulators
zusammen.
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Der
Stapel der oberen Schicht 40, der zwischengeordneten Schicht 41 und
der unteren Schicht 42, wie er in 4B gezeigt ist, wird dann bei einer Temperatur
zwischen dem Schmelzpunkt und weniger als dem Siedepunkt des leitfähigen Materials
geheizt. Das Heizen kann einmal oder mehrfach durchgeführt werden. Wenn
das Heizen mehrfach ausgeführt
wird, wird mindestens ein Heizschritt bei dem Schmelzpunkt oder
einer höheren
Temperatur durchgeführt.
Durch dieses Heizen werden die magnetischen Materialschichten der
oberen Schicht 40, der zwischengeordneten Schicht 41 und
der unteren Schicht 43 in einen einzigen kontinuierlichen
Körper
integriert.
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Obwohl
die obere, die zwischengeordnete und die untere Schicht 40, 41 und 42 in
den 4A und 4B als vorgeformte reguläre sechseckige
Abschnitte dargestellt sind, werden die Schichten nach dem Heizschritt so
vereinzelt, dass das leitfähige
Material nicht schmelzen oder herausfließen kann, da das Heizen bei
dem Schmelzpunkt des leitfähigen
Materials oder einer höheren
Temperatur gemäß der Erfindung
durchgeführt wird.
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Als
ein Ergebnis des oben genannten Heizschritts, sind die einen Enden
der oberen, inneren Leiter 44a, 44b und 44c elektrisch
mit den einen Enden der unteren, inneren Leiter 45a, 45b und 45c über die
Kontaktlochleiter in den Kontaktlöchern 43a, 43b und 43c verbunden.
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Nach
dem Heizen und Vereinzeln wird jedes magnetische Zirkulatorelement
trommel-poliert, wodurch die inneren Leiter an den Seitenfläche exponiert
sind und der gesinterte Körper
an den Ecken abgeschrägt
ist. Wie es in 4C dargestellt
ist, werden danach Anschlusselektroden 46 an jeder anderen
Seitenfläche
des Zirkulatorelements gebildet, und ein Erdungsleiter 47 wird
auf den oberen und unteren Oberflächen und an den seitlichen
Oberflächen
des Zirkulatorelements gebildet, an denen die Anschlusselektroden 46 nicht
vorhanden sind. Als ein Ergebnis sind die anderen Enden der oberen,
inneren Leiter 44a, 44b und 44c, die
an den Seitenflächen
des Zirkulatorelements exponiert sind, elektrisch mit den Anschlusselektroden 46 verbunden.
Auch die anderen Enden der unteren, inneren Leiter 45a, 45b und 45c,
die an den Seitenflächen
des Zirkulatorelements exponiert sind, sind elektrisch mit dem Erdungsleiter 47 verbunden.
Danach werden die Resonanzkondensatoren 21a, 21b und 21c angebracht
und durch ein Aufschmelzlöten
an die Anschlusselektroden 46 des Zirkulatorelements gelötet, wie
es in 2 dargestellt
ist. Ein Zirkulator wird dann durch einen Zusammenbau des Zirkulatorelements,
der Erreger-Permanentmagnete zum Anlegen eines magnetischen Gleichstromfelds sowie
eines Metallgehäuses,
das auch als ein magnetisches Joch dient, vervollständigt.
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Obwohl
der oben genannte beispielhafte Aufbau sich auf einen Zirkulator
mit drei Toren bezieht, ist die vorliegende Erfindung auf Zirkulatoren
anwendbar, die mehr als drei Tore haben. Zusätzlich zu dem Zirkulator mit
konzentrierten Parametern ist die vorliegende Erfindung darüberhinaus
auf einen Zirkulator mit verteilten Parametern anwendbar, der ein
Zirkulatorelement aufweist, das mit einer kapazitiven Schaltung
integriert ist, und der einen in seiner Anschlussschaltung kombinierten
Impedanztransformator hat, um das Betriebsfrequenzband zu verbreitern.
Auch nicht-reziproke Schaltungen, wie beispielsweise Isolatoren,
können
ohne Weiteres als eine Erweiterung solcher Zirkulatoren hergestellt
werden.
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Beispiel
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Beispiele
der Erfindung werden im Folgenden zur Veranschaulichung dargestellt.
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Beispiel 1
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Ein
magnetisches Material wurde hergestellt durch Bereitstellen von
Y2O3 und Fe2O3 als wesentliche Rohmaterialien,
durch Vermischen dieser, und durch Kalzinieren der Mischung bei
1300°C für 4 Stunden.
Der kalzinierte Puder wurde pulverisiert, und der pulverisierte
Puder wurde mit einem organischen Bindemittel und einem organischen
Lösungsmittel
in einen Schlamm gemischt. Aus dem Schlamm wurden grüne Schichten durch
die Rakeltechnik gebildet.
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Als
nächstes
wurde eine Leiterpaste durch ein Mischen von Silber (mittlere Partikelgröße 5 μm), einem Metalloxid
(mittlere Partikelgröße 0,2 μm) und einem
Vehikel in einem Drei-Walzen-Werk
hergestellt. Das hier verwendete Vehikel war eine Mischung aus einem
Bindemittel, das aus acrylischen und Ethyl-Cellulose-Harzen besteht,
und einem organischen Lösungsmittel,
das aus Butylcarbitol und Hexylcarbitol besteht. Die Viskosität wurde
auf 2000 Zentipoise eingestellt. Tabelle 1 zeigt den Typ des Metalloxids
und dessen Betrag pro 100 Gewichtsteilen des leitfähigen Materials.
Es wird betont, dass das Vehikel zugefügt wurde, um einen Gehalt von
10 Gew.-% in der Leiterpaste zu ergeben.
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Die
Leiterpaste wurde durch die Siebdrucktechnik auf die grünen Schichten
gedruckt und getrocknet. Sie wurden gestapelt, um ein vorgegebenes
Muster zu definieren, und in einer Dicke-Richtung pressgebunden,
um ein Pressstück
zu bilden. Das Pressstück
wurde dann bei 1480°C
für 1 Stunde
geheizt und in eine gewünschte
Form vereinzelt, wodurch ein nicht-reziprokes Schaltungselement erhalten
wurde.
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Für jedes
Material wurden 50 Proben hergestellt, um eine prozentuale Rissbildung
zu untersuchen. Eine Probe wurde zufällig für jedes Material herausgenommen
und für
einen spezifischen Leiterwiderstand gemessen. Es wird betont, dass,
obwohl sich der Widerstand als eine Summe des Widerstands des Leiters
und einer Widerstandssteigerung aufgrund des Verlustes des magnetischen
Körpers
entwickelt hat, der Verlust des magnetischen Körpers durch ein Aufbringen
eines externen magnetischen Felds über der Sättigungsmagnetisierung des
magnetischen Körpers,
die gleich 1200 Gauss war, vernachlässigt werden konnte, wobei
dann der Widerstand des Leiters in einem nennenswerten Maß ermittelt
werden konnte. Unter Verwendung eines Netzwerkanalysators (von Hewlett
Packard) wurde ein spezifischer Leiterwiderstand unter einem angelegten magnetischen
Feld von 5000 Gauss ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1
dargestellt.
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Es
wird festgestellt, dass für
die Nummern 1 und 26 bis 33 in Tabelle 1, welches Vergleichsbeispiele sind,
ein spezifischer Leiterwiderstand nicht ermittelt werden konnte,
weil alle Proben rissig geworden sind. Die Probe (2), deren
Metalloxidgehalt geringer war als der bevorzugte Bereich, hat eine
erhöhte
prozentuale Rissbildung gezeigt, weil sich viele Lücken gebildet
haben. Die Probe (10), deren Metalloxidgehalt größer war
als der bevorzugte Bereich, hat einen erhöhten spezifischen Leiterwiderstand
gezeigt.
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Beispiel 2
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Ein
Chipinduktor wurde unter Verwendung von grünen Schichten aus Ni-Cu-Zn-Ferrit
als keramische Schichten hergestellt, wobei die Leiterpaste Nummer
5 in Tabelle 1 zu einem Induktor-Innenleiterschichtmuster gebildet
wurde, wobei sie gestapelt wurden und eine Wärmepressverbindung erfolgte,
um ein Laminat zu bilden. Das Laminat wurde bei 1100°C für eine Stunde
geheizt und in eine vorgegebene Form vereinzelt.
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Die
Rissbildung war 0%, wenn die Anzahl der Proben 50 betrug.
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Beispiel 3
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Ein
Chipkondensator wurde unter Verwendung dielektrischer grüner Schichten
auf der Basis von BaTiO3 als keramische
Schichten hergestellt, wobei die Leiterpaste Nummer 5 in Tabelle
1 zu einem Kondensator-Innenleiterschichtmuster gebildet wurde,
wobei sie gestapelt wurden und eine Wärmepressverbindung erfolgte,
um ein Laminat zu bilden. Das Laminat wurde bei 1380°C für 3 Stunden
geheizt und in eine vorgegebene Form vereinzelt.
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Die
Rissbildung war 0%, wenn die Anzahl der Proben 50 betrug.
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Beispiel 4
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Nicht-reziproke
Schaltungselemente wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der
Ausnahme, dass die Zusammensetzung des magnetischen Körpers geändert wurde
zu Y3(Fe4,9Mn0,1)O12, Y3(Fe4,55Al0,35Mn0,1)O12, Y3(Fe4,23Al0,67Mn0,1)O12, (Y2,4Ca0,6)(Fe4,7V0,3)O12 oder (Y2,4Gd,6)(Fe4,57Al0,43)O12.
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Diese
Elemente wurden wie in Beispiel 1 getestet. Als ein Ergebnis wurden äquivalente
Ergebnisse zu Beispiel 1 in Übereinstimmung
mit den verwendeten Leiterpasten erzielt.
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Die
Wirksamkeit der Erfindung ist aus den vorhergehenden Beispielen
offensichtlich.
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Wenn
ein mehrschichtiges Keramikteil durch ein Heizen einer Leiterpaste
gleichzeitig mit einem keramischen Material durch das Leiterschmelzverfahren
hergestellt wird, unterbindet die in der Erfindung verwendete Leiterpaste
die Bildung von Lücken
und das gleichzeitige Auftreten von Rissen in dem keramischen Körper. Der
spezifische Leiterwiderstand ist gering. Unter Verwendung dieser
Leiterpaste können
mehrschichtige Keramikteile von extrem hoher Qualität in großen Mengen
hergestellt werden.
