EP2252564A1 - Metallisierte spulenkörper (induktoren) mit hohem q-wert - Google Patents

Metallisierte spulenkörper (induktoren) mit hohem q-wert

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EP2252564A1
EP2252564A1 EP09716284A EP09716284A EP2252564A1 EP 2252564 A1 EP2252564 A1 EP 2252564A1 EP 09716284 A EP09716284 A EP 09716284A EP 09716284 A EP09716284 A EP 09716284A EP 2252564 A1 EP2252564 A1 EP 2252564A1
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EP
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glass
electrically conductive
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Definitions

  • the invention relates to a body made of ceramic materials with a
  • Base metallization of at least one electrically conductive material such as tungsten-glass or molybdenum-glass compounds and an adhesive, electrically conductive and corrosion-resistant coating.
  • Such bodies often consist of diamagnetic, oxidic materials and are generally metallized or metallized with a 3-15 ⁇ m thick layer of tungsten glass or molybdenum glass compounds and this layer is then combined with a solderable layer of nickel or nickel-gold about 1 - 5 microns coated.
  • Q 1 / R * Vl_ / C
  • Q Q, also commonly referred to as Q-value or Q-factor
  • the invention has for its object to improve a body according to the preamble of claim 1 with respect to energy losses, ie to increase the Q-factor and to provide a method for producing such a body.
  • the coating at least one functional layer of a metal and / or more metals with a lower electrical conductivity to the electrically conductive material and the other components of the coating specific
  • Resistance contains / carries, the total electrical resistance of the metallization decreases, the Q-value of the body.
  • the coating consists of at least two layers. This depends on the requirements that are placed on the body.
  • the base metallization preferably contains at least one refractory metal, for example tungsten and molybdenum.
  • Refractory metals are refractory, base metals, the 4th subgroup
  • Refractory metals are relatively corrosion resistant at room temperature due to passivation. Not only the high melting point of the refractory metals is advantageous, but also the low thermal expansion coefficient and the high conductivity for heat and electric current compared to steel.
  • the coating preferably consists of a nickel and / or a gold layer.
  • At least one functional layer is arranged between the layers of the coating.
  • the function of the functional layer can be divided into different layers; only the interaction of all functional layers is important.
  • the nickel layer contained in the coating preferably has a thickness of 0.5-2 ⁇ m.
  • the nickel layer contained in the coating preferably has a specific resistance of 4 to 10 * 10 -8 ohm * m, preferably 7 * 10 -8 ohm * m.
  • a preferred embodiment is characterized in that the functional layer made of a metal having a low electrical resistivity is a copper layer.
  • the copper layer has a thickness of 1 - 10 microns.
  • the copper layer has a resistivity of 1, 0 to 2.6 * 10-8 Ohm * m, preferably 1, 8 * 10-8 Ohm * m.
  • the ceramic material is preferably alumina, preferably 96% alumina.
  • the base metallization is eliminated and the LJ coating fulfills its function.
  • the body is a bobbin of diamagnetic oxide materials with a base metallization of tungsten glass or molybdenum glass compounds and a coating of a nickel layer and a gold layer.
  • the nickel layer and the gold layer at least one further layer, i. Functional layer of a metal with low specific electrical resistance applied.
  • the nickel layer has a thickness of 0.5-2 ⁇ m and / or a specific one
  • the further layer is a copper layer with a layer thickness of 1-10 ⁇ m and / or a resistivity of 1.0-0.6 * 10 -8 ohm * m, preferably 1.8 * 10 ⁇ 8 ohms * m.
  • the diamagnetic oxide material is alumina, preferably 96% alumina.
  • a method for producing such a bobbin from diamagnetic, oxidic materials, wherein the bobbin coated with a tungsten-glass metallization and this metallization is baked, coated with a nickel layer and deposited thereon a gold layer is characterized in that the nickel layer is first applied at least one further layer of a metal with low electrical resistivity and then the gold layer is deposited first.
  • the nickel layer is copper-plated cathodically.
  • the nickel layer is copper-plated to a thickness of 1 to 10 microns.
  • the diamagnetic, oxidic material used is preferably alumina, particularly preferably 96% of aluminum oxide.
  • a thin nickel layer (preferably with a specific resistance of 7 * 10 -8 ohm * m) of 0.5-2 ⁇ m is applied.
  • At least one layer (functional layer) of a metal with a low electrical resistivity is applied.
  • This layer consists in an inventive embodiment of a copper layer (preferably with 1, 8 * 10 "8)
  • Ohm * m with a thickness or thickness of 1 - 10 microns.
  • the Q value is increased.
  • the Q value was increased from 62-75 (comparative example) to 80-90 (example according to the invention).

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Körper aus keramischen Werkstoffen mit einer Grundmetallisierung aus mindestens einem el ektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Wolfram-Glas- oder Molybdän-Glasverbindungen und einem haftfähigen, elektrisch leitfähigen und korrosionsbeständigen Überzug. Um Energieverluste zu verbessern, d. h. den Q-Faktor zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass der Überzug mindestens eine Funktionsschicht aus einem Metall und / oder mehreren Metallen mit einem zum elektrisch leitfähigen Material und den übrigen Bestandteilen des Überzuges niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand enthält / trägt.

Description

METALLISIERTE SPULENKÖRPER (INDUKTOREN) MIT HOHEM Q-WERT
Die Erfindung betrifft einen Körper aus keramischen Werkstoffen mit einer
Grundmetallisierung aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Wolfram-Glas- oder Molybdän-Glasverbindungen und einem haftfähigen, elektrisch leitfähigen und korrosionsbeständigen Überzug.
Derartige Körper bestehen oft aus diamagnetischen, oxidischen Werkstoffen und werden allgemein mit einer 3 - 15 μm starken Schicht aus Wolfram-Glas oder Molybdän-Glasverbindungen grundmetallisiert bzw. metallisiert und diese Schicht wird anschließend mit einer lötfähigen Schicht aus Nickel bzw. Nickel- Gold von zusammen etwa 1 - 5 μm überzogen.
Nachteilig hieran ist, dass starke Energieverluste auftreten.
Der frequenzabhängige Widerstand gegen Dämpfungsverluste eines schwingenden Systems wird mit Q = 1/R*Vl_/C bewertet, wobei Q = Güte, auch allgemein als Q-Wert oder Q-Faktor bezeichnet
R = Gesamtwiderstand L = Induktivität C = Kapazität.
Hohe Q-Faktoren bedeuten geringe Energieverluste. Mit einem geringeren frequenzabhängigen Gesamtwiderstand R (enthält ohmschen Widerstand, Übergangswiderstände, parasitäre Kapazitäten) kann der Q-Faktor gesteigert werden um weniger Energieverluste zu bekommen. Dies ist technisch erwünscht.
K \ausland\OZ08019 doc Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Körper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bezüglich Energieverluste zu verbessern, d.h. den Q-Faktor zu erhöhen und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Körpers anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass der Überzug mindestens eine Funktionsschicht aus einem Metall und / oder mehreren Metallen mit einem zum elektrisch leitfähigen Material und den übrigen Bestandteilen des Überzuges niedrigeren spezifischen elektrischen
Widerstand enthält / trägt, sinkt der elektrische Gesamtwiderstand der Metallisierung ab, der Q-Wert des Körpers.
In einer Ausführungsform besteht der Überzug aus mindestens zwei Schichten. Dies richtet sich nach den Anforderungen, die an den Körper gestellt werden.
Die Grundmetallisierung enthält bevorzugt mindestens ein Refraktärmetall, beispielsweise Wolfram und Molybdän.
Refraktärmetalle sind hochschmelzende, unedlen Metalle, der 4. Nebengruppe
(Titan, Zirconium und Hafnium), 5. Nebengruppe (Vanadium, Niob und Tantal) sowie der 6. Nebengruppe (Chrom, Molybdän und Wolfram). Ihr Schmelzpunkt liegt über dem von Platin (1772 0C).
Refraktärmetalle sind bei Raumtemperatur aufgrund von Passivierung relativ korrosionsbeständig. Vorteilhaft ist nicht nur der hohe Schmelzpunkt der Refraktärmetalle, sondern auch der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient und die verglichen mit Stahl hohe Leitfähigkeit für Wärme und elektrischen Strom.
K \ausland\OZ08019 doc In einer erfinderischen Ausführungsvariante besteht die Grundmetallisierung aus Wolfram-Glas- oder Molybdän-Glasverbindungen.
Der Überzug besteht bevorzugt aus einer Nickel- und/oder einer Goldschicht.
In erfinderischer Ausgestaltung ist mindestens eine Funktionsschicht zwischen den Schichten des Überzuges angeordnet. Die Funktion der Funktionsschicht kann auf verschiedene Schichten aufgeteilt werden, von Bedeutung ist nur das Zusammenwirken aller Funktionsschichten.
Bevorzugt weist die in dem Überzug enthaltene Nickelschicht eine Dicke von 0,5 - 2 μm auf.
Bevorzugt weist die in dem Überzug enthaltene Nickelschicht einen spezifi- sehen Widerstand von 4 bis 10 * 10-8 Ohm*m, bevorzugt 7* 10-8 Ohm*m auf.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht aus einem Metall mit niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand eine Kupferschicht ist.
In einer erfinderischen Ausgestaltung weist die Kupferschicht eine Dicke von 1 - 10 μm auf.
Bevorzugt weist die Kupferschicht einen spezifischen Widerstand von 1 ,0 bis 2,6 * 10-8 Ohm*m, bevorzugt 1 ,8 * 10-8 Ohm*m auf.
Der keramische Werkstoff ist bevorzugt Aluminiumoxid, bevorzugt 96 % Aluminiumoxid.
K \ausland\OZ08019 doc - A -
In einer speziellen Ausführungsform entfällt die Grundmetallisierung und der LJ- berzug erfüllt deren Funktion.
Bevorzugt ist die Verwendung des Körpers als Spulenkörper oder Induktor.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, bei der der Körper ein Spulenkörper aus diamag- netischen, oxidischen Werkstoffen mit einer Grundmetallisierung aus Wolfram- Glas oder Molybdän-Glasverbindungen und einem Überzug aus einer Nickel- schicht und einer Goldschicht ist. Erfindungsgemäß ist zwischen der Nickelschicht und der Goldschicht noch mindestens eine weitere Schicht, d.h. Funktionsschicht aus einem Metall mit niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand aufgebracht.
Durch diese weitere Schicht (Funktionsschicht) mit niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand sinkt der elektrische Gesamtwiderstand der Metallisierung ab, der Q-Wert des Spulenkörpers bzw. der gesamten Schaltung mit Drahtwickel steigt.
Die Nickelschicht weist eine Dicke von 0,5 - 2 μm und/oder einen spezifischen
Widerstand von 4 bis 10 * 10~8 Ohm*m, besonders bevorzugt 7 * 10~8 Ohm*m auf.
In dieser Ausführungsform ist die weitere Schicht (Funktionsschicht) eine Kup- ferschicht mit einer Schichtdicke von 1 - 10 μm und/oder einem spezifischen Widerstand von 1 ,0 bis 2,6 * 10~8 Ohm*m, bevorzugt 1 ,8 * 10~8 Ohm*m .
In dieser Ausgestaltung ist der diamagnetische, oxidische Werkstoff Aluminiumoxid, bevorzugt 96 % Aluminiumoxid.
K \ausland\OZ08019 doc Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Spulenkörpers aus diamagneti- schen, oxidischen Werkstoffen, wobei der Spulenkörper mit einer Wolfram-Glas- Metallisierung beschichtet und diese Metallisierung eingebrannt, mit einer Nickelschicht überzogen und darauf eine Goldschicht abgeschieden wird, ist da- durch gekennzeichnet, dass auf die Nickelschicht zuerst mindestens eine weitere Schicht aus einem Metall mit niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand aufgebracht und anschließend erst die Goldschicht abgeschieden wird.
Bevorzugt wird die Nickelschicht kathodisch verkupfert.
In erfindungsgemäßer Weiterbildung wird die Nickelschicht bis zu einer Dicke von 1 bis 10 μm kathodisch verkupfert.
Als diamagnetischer, oxidischer Werkstoff wird bevorzugt Aluminiumoxid, be- sonders bevorzugt 96 % Aluminiumoxid verwendet.
Nach der Grundmetallisierung mit Wolfram-Glas oder Molybdän-Glas bzw. Glasverbindungen wird, wie beschrieben, zunächst eine dünne Nickelschicht (bevorzugt mit einem spezifischen Widerstand von 7*10"8 Ohm*m) von 0,5 - 2 μm auf- gebracht.
Anschließend wird erfindungsgemäß zur Verbesserung des Q-Wertes noch mindestens eine Schicht (Funktionsschicht) aus einem Metall mit niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand aufgebracht. Diese Schicht besteht in einer erfin- derischen Ausgestaltung aus einer Kupferschicht (bevorzugt mit 1 ,8*10"8
Ohm*m) mit einer Stärke oder Dicke von 1 - 10 μm.
Als Folge hiervon sinkt der elektrische Gesamtwiderstand der Metallisierung ab, der Q-Wert des Spulenkörpers bzw. der gesamten Schaltung mit Drahtwickel steigt.
K \ausland\OZ08019 doc Nachfolgend wird eine bevorzugte erfinderische Ausgestaltung des Spulenkörpers mit einem Vergleichsbeispiel verglichen.
1. Erfindungsgemäßes Beispiel
Bei einem U-förmigen Spulenkörper der Type 0805 (nach American EIA Standards), der nach der Drahtwicklung mit Füßen auf Leiterplatten aufgelötet wird und aus 96% AI2O3 (Aluminiumoxid) besteht, wurden die beiden Füße mit ei- ner Wolfram-Glas-Metallisierung beschichtet und diese Metallisierung wurde bei 1.3000C in feuchter Schutzgasatmosphäre eingebrannt. Dann wurde diese Wolfram-Glas-Metallisierung bzw. Grundmetallisierung in einer Rotationstrommel von 200 mm Innendurchmesser, gefüllt mit 60.000 Teilen, stromlos mit einer dünnen Nickelschicht von 0,5 μm Stärke bzw. Dicke überzogen. An- schließend wurden die Teile in einer anderen Rotationstrommel zusammen mit Metalldrahtstücken kathodisch verkupfert. Die Kupferschicht betrug bis zu 10 μm. Dann wurde stromlos eine 0,1 μm starke Goldschicht abgeschieden. Der Q-Wert wurde bei 1 ,35 GHz und einer Induktivität von 39 nH gemessen, er betrug 80 - 90.
2. Vergleichsbeispiel
Bei einem U-förmigen Spulenkörper der Type 0805 (nach American EIA Standards), der nach der Drahtwicklung mit Füßen auf Leiterplatten aufgelötet wird und aus 96% AI2O3 (Aluminiumoxid) besteht, wurden die beiden Füße mit einer Wolfram-Glas-Metallisierung beschichtet und diese Metallisierung wurde bei 1.3000C in feuchter Schutzgasatmosphäre eingebrannt. Dann wurde diese Wolfram-Glas-Metallisierung bzw. Grundmetallisierung in einer Rotationstrommel von 200 mm Innendurchmesser, gefüllt mit 60.000 Teilen, stromlos mit einer dünnen Nickelschicht von 2,5 - 3,0 μm Stärke bzw. Dicke überzogen.
K \ausland\OZ08019 doc Dann wurde stromlos eine 0,1 μm starke Goldschicht abgeschieden. Der Q- Wert wurde bei 1 ,35 GHz und einer Induktivität von 39 nH gemessen, er betrug 62 - 75.
Hieraus ist ersichtlich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren (siehe Ziffer 1 ) der Q-Wert gesteigert wird. In dem genannten Beispiel erfolgte eine Steigerung des Q-Wertes von 62 - 75 (Vergleichsbeispiel) auf 80 - 90 (erfindungsgemäßes Beispiel).
K \ausland\OZ08019 doc

Claims

Ansprüche
1. Körper aus keramischen Werkstoffen mit einer Grundmetallisierung aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Wolfram- Glas- oder Molybdän-Glasverbindungen und einem haftfähigen, elektrisch leitfähigen und korrosionsbeständigen Überzug, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug mindestens eine Funktionsschicht aus einem Metall und / oder mehreren Metallen mit einem zum elektrisch leitfähigen Material und den übrigen Bestandteilen des Überzuges niedrigeren spezifischen elektrischen Wi- derstand enthält / trägt.
2. Körper gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug aus mindestens zwei Schichten besteht.
3. Körper gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundmetallisierung mindestens ein Refraktärmetall, beispielsweise Wolfram und Molybdän, enthält.
4. Körper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Grundmetallisierung aus Wolfram-Glas- oder Molybdän- Glasverbindungen besteht.
5. Körper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug aus einer Nickel- und einer Goldschicht besteht.
6. Körper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Funktionsschicht zwischen den Schichten des Überzuges angeordnet ist.
K \ausland\OZ08019 doc
7. Körper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Überzug enthaltene Nickelschicht eine Dicke von 0,5 - 2 μm aufweist.
8. Körper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Überzug enthaltene Nickelschicht einen spezifischen Widerstand von 4 bis 10 * 10~8 Ohm*m, bevorzugt 7* 10~8 Ohm*m aufweist.
9. Körper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht aus einem Metall mit niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand eine Kupferschicht ist.
10. Körper gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer- schicht eine Dicke von 1 - 10 μm aufweist.
11. Körper gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferschicht einen spezifischen Widerstand von 1 ,0 bis 2,6 * 10~8 Ohm*m, bevorzugt 1 ,8 * 10~8 Ohm*m aufweist.
12. Körper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Werkstoff Aluminiumoxid, bevorzugt 96 % Aluminiumoxid ist.
13. Körper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundmetallisierung entfällt und der Überzug deren Funktion erfüllt.
14. Verwendung eines Körpers gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 als Spulenkörper oder Induktor.
K \ausland\OZ08019 doc
EP09716284A 2008-03-06 2009-03-06 Metallisierte spulenkörper (induktoren) mit hohem q-wert Withdrawn EP2252564A1 (de)

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