EP2684197A1 - Spulenkörper mit keramischem kern - Google Patents

Spulenkörper mit keramischem kern

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Publication number
EP2684197A1
EP2684197A1 EP12709310.2A EP12709310A EP2684197A1 EP 2684197 A1 EP2684197 A1 EP 2684197A1 EP 12709310 A EP12709310 A EP 12709310A EP 2684197 A1 EP2684197 A1 EP 2684197A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
paste
metallizing paste
excess
metallization
bobbin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12709310.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Dohn
Roland Leneis
Alfred Thimm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ceramtec GmbH
Original Assignee
Ceramtec GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ceramtec GmbH filed Critical Ceramtec GmbH
Publication of EP2684197A1 publication Critical patent/EP2684197A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/08—Cores, Yokes, or armatures made from powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/581—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
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    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
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    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
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    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
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    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof

Definitions

  • the present invention relates to bobbins (throttles, frequency filters) with a ceramic core.
  • Miniaturized bobbins with a ceramic core of ferromagnetic or diamagnetic material such as Al 2 O 3 are well known and widely used in high frequency engineering.
  • the cores are usually made by dry pressing and have a horseshoe-shaped construction with angular or rounded edges, are metallized at the ends and carry windings of e.g. Copper tape or copper wire.
  • Known sizes are 1206, 0805, 0402. They are also available in bone form.
  • Bobbins with a ceramic core made of ferromagnetic or diamagnetic material such as Al2O3 can dissipate the resulting heat at high frequency only bad.
  • AI2O3 has a thermal conductivity (WLF) of 28 W / mK.
  • Object of the present invention is therefore to provide bobbins with a ceramic core, which do not have the disadvantages of the prior art.
  • bobbin with a ceramic core of highly heat-conductive electrically insulating material such as diamagnetic AIN, preferably AIN-4% Y 2 0 3 , at high frequency, the resulting heat can better dissipate. As a result, the electrical resistances can be kept small and the Q value high.
  • the AIN materials used according to the invention achieve a WLF of more than 170 W / mK. Of the Basic body can be produced by dry pressing from appropriate granules.
  • This granules contains in a suitable organics such as waxes and binders a spray granules of AIN with a proportion of usually preferably 2-6% sintering aids such as Y2O3 or other rare earth compounds, possibly also with CaO, MgO. (Range can generally range from about 0.5% to about 10%).
  • the pressed into the desired shape basic body is sintered at AIN usual temperatures, in AIN-Y2O3 preferably under nitrogen atmosphere at 1700 ° C. Then a strong metallization is brought to the ceramic.
  • the metallization serves to fix the coil wire and to mount solder on the circuit board, e.g. a) with tungsten (glass) reducing-wet baked at about 1250 ° C + electroless nickel solderable,
  • variants a to d usually also require glasses which are especially suitable for AIN, ie react only slowly or not at all with AIN to form nitrogen. They are mostly made on the basis of ZnO. This metallization is oxidized at 850 ° C.
  • Dipping, screen-printing or spraying (“InkJet” -like procedure) are used as metallization processes Suitable processes for metallization are described, for example, in DE 198 28 574 B4.
  • the shaped bodies according to the invention are metallized on the surface areas provided for this purpose, the contact surfaces.
  • the contact surfaces When the shaped body has subsequently been processed according to its intended use, it is soldered with its contact surfaces on a circuit or terminals are soldered to the contact surfaces.
  • the metallization of the contact surfaces is carried out in a known manner by applying a metallizing paste on the components to the designated surface areas and a subsequent heat treatment.
  • the metallizing paste is applied by rollers, screen printing or pad printing.
  • These application methods are known, for example, from "Mo-Mn Metallization on AIN Substrate", Ceramic Transactions, 15/1990, pages 365-374, for example in the case of U-shaped ceramic bobbins with particularly small dimensions of the wound body of about 6 mm in length, 4 mm Width and 3 mm in height, the legs have a length of about 0.6 mm with a width of about 1, 2 mm.
  • the surface to be metallized on the front sides of the U-legs is thus about 3.6 mm 2.
  • the most important parameters of a solder joint are the compositions of the ceramic material, the metallization paste and the solder as well as the required adhesive strength, which is essentially influenced by the size of the contact surface.
  • a plurality of moldings are aligned so that the surfaces to be printed are all aligned in the same direction. These faces of the moldings are then printed with the metallizing paste. The adjoining surfaces on the printed face are swelled by the over the edge Metallizing paste usually wets to an extent of about 0.06 mm.
  • the metallization process described here by immersing the shaped bodies in the metallization paste, in addition to the metallization of the respective end faces, furthermore enables a metallization of the adjoining surfaces, in particular of limb surfaces, to any extent.
  • the depth of the legs may be up to 90% of the leg length.
  • Preferred is an area with a depth up to 60% of the leg length.
  • the depth is chosen in particular depending on the size of the molded body and thus in dependence on the leg length. The smaller the limb length, the greater the depth of immersion can be in relation to the limb length, thereby obtaining the largest possible metallized area. With a leg length of, for example, 0.6 mm, the metallized leg length would be 0.36 mm at a depth of 60% of the leg length.
  • the adhesion of the metallization and thereby also of a solder joint can be correspondingly increased.
  • Increasing the metallized area by at least 50% can achieve more than twice the adhesive strength.
  • Another advantage over the known method for applying the metallizing paste is the simpler and faster process of the process and thereby its greater efficiency.
  • the moldings are all held in the same orientation for the dipping process by means of a device that the surface areas to be metallized facing down and the end faces on which the connections are to be made, are all arranged at the same height.
  • This method there are two ways to keep the metallizing paste ready for dipping.
  • the metallizing paste can be kept ready in a tub. This requires that with increasing removal of the metallizing paste by the dipping operations each dipping process tuned to the sinking level of the metallizing paste or the filling of the metallizing paste in the tub is set to a constant level.
  • the metallizing paste may be applied to a flat, horizontally disposed surface in a predetermined layer thickness.
  • the metallizing paste can be spread on the surface by means of a doctor blade so that the required immersion depth is available for the dipping process.
  • the moldings are then immersed with their surfaces to be metallized in the metallizing paste. Dipping may take place until it is placed on the surface carrying the metallizing paste.
  • the viscosity of the metallizing paste must be adjusted so that after lifting the contact surfaces are wetted with the metallizing paste in the required layer thickness.
  • the surface is coated anew with the metallizing paste in the specified layer thickness.
  • the metallizing paste of the previous dipping process can be completely removed beforehand from the surface. In this method, unlike the previous dipping method, no fluctuating level of the metallizing paste in a pan has to be considered.
  • the viscosity and thus the spreading of the metallizing paste exerts a significant influence on the result of the metallization. Therefore, it is advantageous if, during the dipping of the surface areas of the shaped bodies to be metallized, the surface of the metallization paste does not bulge as a result of the displacement, for example due to the dipping limbs of bobbins. This avoids that the metallizing paste wets a region that must not be metallized, for example, the area of the bobbin, the Wrapping wears. If, for example, terpineol is used for pasting, a dwelling of the paste surface occurs when a molding is immersed because of its slow course.
  • a high viscosity of about 160000 to 250,000 mPa-s has been found.
  • Such a viscosity for example, has a metallizing paste containing metal powder and glass frit in a solution of (2-butoxyethyl) acetate. Due to its good flow properties, (2-butoxyethyl) acetate achieves a very high degree of filling of over 85% solids in the metallizing paste.
  • Metals such as tungsten, molybdenum or silver-palladium alloys are particularly suitable for metallization.
  • the residence time of the surface areas of the shaped bodies to be metallized in the metallizing paste can be advantageously matched to the depth of immersion, the viscosity and the dipping speed and is about 0.2 to 2 seconds.
  • the excess metallization paste can be drained off on a surface provided for this purpose, for example a drip plate.
  • a surface provided for this purpose, for example a drip plate.
  • the moldings are briefly placed with their covered with the metallizing paste faces on a flat surface. When lifting off from this surface, the excess metallizing paste remains, so that no drops form.
  • This flat surface can also be structured as a drip tray.
  • the structuring may for example consist of spaced, narrow parallel grooves or grooves, which may also form a grid in which the excess metallizing paste flows.
  • the grooves or grooves may be inclined to one side of the drip plate so that the excess metallizing paste can flow off the structure automatically. If the drip tray is higher than the dip tray with the metallization paste, the grooves or grooves of the structure may be inclined so that the excess metallization paste flows back into the tray.
  • the flat surface may also be a mesh or wire mesh disposed over a surface. When placing the end faces of the moldings on the sieve, the excess metallizing paste drips through the sieve onto this surface. If this surface is tilted to the immersion tray with the metallizing paste, here also the excess metallizing paste automatically flows back into the tub.
  • a time of 0.2 to 2 seconds has been found to be advantageous, depending on the degree of metallization and the viscosity of the metallizing paste.
  • the area on which the excess metallization paste is drained off is subsequently cleaned immediately.
  • the excess metallizing paste may be stripped off with a squeegee or the surface replaced with another prepared surface that has been cleaned. While the surplus metallization paste of a previously performed dipping process is drained on this surface, the previously used surface can be cleaned.
  • the dipping process and the subsequent dispensing of the excess metallizing paste can advantageously be accelerated by the fact that between the application of the metallizing paste and dispensing the excess metallizing the device with the held moldings and the trough or surface with the metallizing paste as well as the surface for receiving the excess Metallmaschinespaste relative be moved to each other.
  • the trough with the metallizing paste or the surface with the aufgerakelten metallizing paste and the surface for dispensing the excess Metallmaschinespaste are arranged side by side.
  • the method can also be used as follows for bobbins or resistors. Perched vertically in the holes of a belt can first be metallized one and after the tightening of the belt, the second end face by dipping into the metallizing paste. The belt with the moldings is stretched horizontally in a suitable holding device on the means for handling the moldings.
  • FIG. 1 shows a device for metallizing surface areas of ceramic shaped bodies of small dimensions, in which the device for handling the shaped bodies in the initial position is above a movable table with a tray filled with metallizing paste,
  • Figure 2 shows the moldings during the dipping into the metallizing paste
  • FIG. 3 shows the moldings, placed on a drip tray, for removing superfluous metallizing paste
  • FIG. 4 shows the metallized moldings which are kept ready for removal by the device for their handling and the cleaning of the drip plate,
  • Figure 5 shows another device in which a movable device for
  • FIG. 6 shows a table with a structured surface as a drip tray
  • Figure 7 shows a table with a sieve as drip tray.
  • the ceramic moldings are U-shaped bobbins. These bobbins are first aligned by means of a vibrating plate and then taken up by a heated flat plate, for example made of ceramic or metal, which is covered with a thermoplastic, temporarily effective adhesive. By pressing with a counter plate, the bobbins have been fixed on the support plate 4. They have been aligned so that the surface areas to be metallized, the end faces 5 on which the terminals are to be soldered, are arranged at the same height.
  • the holding plate 4 with the temporarily glued bobbins 2 has then been taken up by the stamp plate 6 of the device 3.
  • the holder takes place in the present embodiment by means of negative pressure via arranged in the surface of the die plate suction nozzles 7, which are shown in dashed lines, above the holding plate 4 are distributed.
  • a connection 8 leads to a Vacuum source, not shown here, in which, symbolized by the arrow 9, the required for fixing the support plate 4 negative pressure is generated.
  • the stamp plate 6 hangs on a telescopic cylinder 10.
  • the structural features required for the function of the device 3 for handling the molded bodies 2 are known from the prior art and for this reason are not shown and explained in detail here.
  • the device 3 for handling the molded bodies 2 is in its initial position above a table 11.
  • This table 1 1 carries on the left side of a trough 12 which is filled with metallizing paste 13.
  • a trough 12 which is filled with metallizing paste 13.
  • a horizontally arranged, flat surface 14 which serves as a drip plate for removing superfluous metallizing paste on the moldings 2.
  • the table 1 1 has in the present embodiment rollers 15, with which it is mounted on guide rails 16, of which only the front can be seen here. On these guide rails 16, the table 1 1 below the means 3 for handling the molded body 2 by means of a drive, not shown here, to which the connecting rod 17 leads, back and forth, as indicated by the double arrow 18.
  • the table 1 1 can be moved from the position shown, in which the trough 12 with the metallizing paste 13 below the means 3 for handling the moldings 2, in a position as shown in Figure 3.
  • the drip plate 14 below the means 3 for handling the molded body 2. Furthermore, a squeegee 19 is shown, with the drip plate 14 is cleaned of the excess metallizing paste, which is drained from the metallized surfaces of the molded body 2.
  • FIG. 2 shows the method step in which the molded bodies 2, in the present embodiment bobbin, with their surface areas to be metallized are immersed in the trough 12 with the metallizing paste 13 are.
  • the stamp plate 6 has been lowered from its initial position shown in FIG. 1 by means of the telescopic cylinder 10 in the direction of the arrow 20 (FIG. 1).
  • the immersion depth of the bobbin can be controlled via the telescopic cylinder 10 so that not only the end faces 5, but also the adjoining surfaces of the U-legs 21 of the bobbin 2 are wetted to a predetermined depth of the metallizing paste 2.
  • the depth can be up to 90% of the leg length, but is preferably selected in the range up to 60%, depending on the size of the moldings and the length of the legs.
  • the table 1 1 is moved so far in the direction of arrow 23 until the drip plate 14 is below the die plate 6. Then, the stamp plate 6 is lowered so far with the metallized moldings 2 by means of the telescopic cylinder 10 in the direction of arrow 24 until the end faces, here the end faces 5 of the legs 21 of the bobbin 2, the surface of the drip plate 14 touch or almost touch, as shown in FIG 3 shown.
  • the end faces here the end faces 5 of the legs 21 of the bobbin 2
  • the surface of the drip plate 14 touch or almost touch, as shown in FIG 3 shown.
  • the degree of dripping can also be controlled by the residence time, which can be between 0.2 and 2 seconds.
  • FIG. 4 shows the method step in which the molded bodies 2 are lifted off the drip plate 14.
  • the U-shaped legs 21 of the bobbin 2 are covered not only on the end face 5, but also in a depth corresponding to the depth of 25 with metallizing paste 13.
  • the bobbins thus metallized can be supplied to the subsequent heat treatment of the metallizing paste, if they have been detached from the holding plate 4.
  • Figure 4 is further shown how the table 1 1 is retracted to its initial position shown in Figure 1, as indicated by the arrow 26. While the table 1 1 is retracted on the guide rails 16 to its original position, the excess metallization paste 13 'drained by the bobbins 2 is scraped off the drip plate 14 by means of a squeegee 19 and pushed back into the sump 12. As a result, the surface of the drip plate 14 is cleaned and is prepared for placing a new batch of metallized moldings.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a method for metallizing surface areas of ceramic molded bodies.
  • the device 3 for handling the molded body 2 to be metallized is identical to the preceding embodiment.
  • the moldings 2 to be metallized are, as in the previous embodiment, U-shaped bobbins.
  • the metallization method differs from that of the preceding embodiment in that the table 1 1 1 is fixedly arranged, while the means 3 for handling the bobbin 2 between a region 1 12, on which the metallizing paste 13 is applied, and an area , which forms the drip tray, is movable back and forth, as indicated by the double arrow 27.
  • the metallization paste 13 in the region 1 12, the metallization, in a predetermined layer thickness 28 on the table 1 1 1 applied takes place in that by means of a feed device 29 from a reservoir, not shown here, the metallizing paste 13 is placed on the table 1 1 1 in the range 1 12, as indicated by the arrow 30.
  • the thickness of the layer 28 to be applied is adjusted by means of a doctor blade 31.
  • the distance of the doctor blade 31 from the table 1 1 1 is adjustable, as indicated by the double arrow 32.
  • the feeder 29 and the doctor blade 31 are moved in the direction of arrow 34 to the position shown 35.
  • the metallization paste 13 is applied in the predetermined layer thickness 28 to the region 1 12 of the table 1 1 1.
  • the device 3 with the bobbins 2 is lowered until the legs are immersed in the metallization paste 13 with the required immersion depth.
  • the dipping can, as explained above, take place until the end faces on the table 1 1 1.
  • the raising and lowering of the device 3 is indicated by the double arrow 36.
  • the bobbin 2 are raised and the device 3 is moved over the drip tray 1 14.
  • the doctor blade 31 and the feeding device 29 can now be moved back to their starting position 33. For this they are raised so far that they no longer dive into the metallizing paste 13. After the excess Metallmaschinespaste 13 'is dropped from the bobbins 2 by placing on the drip tray 1 14, the die plate 6 is raised so far that the holding plate 4 can be removed with the bobbins 2 and the metallized bobbin after detachment from the holding plate 4th the further provided heat treatment can be supplied.
  • the lifting and lowering in the drip tray 1 14 is indicated by the double arrow 36.
  • both the drip tray 1 14 and the area 1 12 must be cleaned from the metallizing paste.
  • a specially provided for the cleaning of the table 1 1 1 doctor blade 1 19 in the direction of arrow 37 is moved to the position 33.
  • the no longer required metallizing paste 13 ' is sucked off through a tube 38 with a width of the region 1 12 covering the nozzle 39, as indicated by the arrow 40.
  • This suctioned metallization as not shown here, the feeder 29 are fed back and reused in the reapplication of metallizing paste in the range 1 12 of the table 1 1 1.
  • FIG. 6 shows a planar surface 214 on a table 21 1, which is structured and slightly higher than the surface of the metallization paste 13 in the trough 12.
  • the structure consists of spaced, narrow parallel grooves or grooves 41.
  • the grooves or grooves can also run in a grid shape.
  • the grooves or grooves 42 pointing in the direction of the immersion trough 12 with the metallizing paste 13 are inclined such that the excess metallizing paste 13 'can automatically flow back into the trough 12.
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment with a table 31 1, the draining surface of which consists of a sieve-shaped wire mesh 314.
  • a table 31 1 the draining surface of which consists of a sieve-shaped wire mesh 314.
  • the bobbin according to the invention are characterized by a better heat dissipation, a lower resistance in the wire, a better Q-value and less heat loss than the known in the prior art coil body of ferromagnetic or diamagnetic material such as Al2O3.
  • the present invention accordingly relates to:
  • the ceramic core consists of highly heat-conductive electrically insulating material with a WLF> 28 W / mK;
  • the ceramic core AIN and up to 10% sintering aid preferably sintering aids in amounts of 0.5 to 10%, particularly preferably in amounts of 2 to 6%;
  • the present invention further relates to: Method for producing the abovementioned bobbin, in which the base body of the bobbin is produced from a suitable granulate in a suitable organic material by a suitable pressing method, the base body pressed into the desired shape is sintered and an adherent metallization is applied to the ceramic.
  • o granules as a spray granules is used; o the organics contain waxes and binders.
  • the pressing method the dry pressing method is used.
  • the spray granules contains a proportion of sintering aids. o is used as sintering aid Y2O3, other rare earth compounds, CaO and / or MgO.
  • o the sintering aids in amounts of 0.5 to 10%, preferably in amounts of 2 to 6% is used.
  • o the pressed into the desired shape base body is sintered under inert gas atmosphere.
  • o nitrogen is used as protective gas.
  • o the bobbin is sintered at 1700 ° C.
  • a number of bobbins (2) of the same shape by means of a device (3) in the same orientation is held so that the surface areas to be metallized (5, 21) facing down and thereby the end faces (5) of the molded body ( 2), that the end faces (5) of all moldings (2) are arranged at the same height, that the moldings (2) by means of the device (3) in the metallizing paste (13) are so far dipped until the surface areas to be metallized (5, 21) have been completely covered by the metallizing paste (13) and that thereafter the shaped bodies (2) are subjected to a heat treatment adapted to the composition of the metallizing paste (13). the metallization paste (13) is filled in a trough (12).
  • the metallization paste (13) is applied as a layer (28) in a predetermined thickness on a horizontally arranged, planar surface (1 12). for pasting the metallizing paste (13, 13 ') (2-butoxyethyl) acetate is used.
  • the metallizing paste (13) has a viscosity of about 160,000 to 250,000 mPa ⁇ s. in the case of shaped bodies (2) with limbs (21) pointing away from the shaped body (2), the depth (25) of the limbs (21) as a function of the size of the shaped bodies (2) and the length of the limbs (21) up to 90%, preferably in a range up to 60%, the length of the legs (21) is selected.
  • the residence time of the surface areas (5, 21) to be metallized of the molded bodies (2) in the metallizing paste (13) is about 0.2 to 2 seconds.
  • the moldings (2) are lifted out of the metallizing paste (13) so that the moldings (2) briefly cover their metallurgical paste (13) End surfaces (5) on a flat surface (14, 1 14, 214, 314) are placed and that when placed on the surface (14, 1 14, 214, 314), the excess Metallmaschinespaste (13 ') is removed.
  • the planar surface (214) is structured and that the excess metallization paste (13 ') flows into the structuring (41, 42).
  • the end faces (5) of the shaped bodies (2) are placed on a sieve (314).
  • the duration of application to the surface (14, 14, 214, 314) for removing excess metallization paste (13 ') is about 0.2 to 2 seconds.
  • the excess metallizing paste (13 ') is removed from the surface (14, 14).
  • the excess metallizing paste (13 ') is scraped off with a doctor blade (19, 19).
  • the excess metallizing paste is washed off.
  • the excess metallizing paste 13 ' automatically flows off the surface (214, 314).
  • the device (3) with the held moldings (2) and the trough (12) or the surface (1 12) with the metallizing paste (13) and the surface (14, 1 14, 214, 314) for receiving the excess Metallmaschinespaste (13 ') are moved relative to each other ,
  • the enumerated with o enumerations mean optional, preferably embodiments of the inventive method for producing the bobbin according to the invention.

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Spulenkörper (Drosseln, Frequenzfilter) mit einem keramischen Kern.

Description

Spulenkörper mit keramischem Kern
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Spulenkörper (Drosseln, Frequenzfilter) mit einem keramischen Kern.
Miniaturisierte Spulenkörper (Drosseln, Frequenzfilter) mit einem keramischen Kern aus ferromagnetischem oder diamagnetischem Material wie AI2O3 sind in der Hochfrequenztechnik gut bekannt und weit verbreitet. Die Kerne werden meist durch Trockenpressen hergestellt und haben einen hufeisenförmigen Aufbau mit eckigen oder abgerundeten Kanten, sind an den Enden metallisiert und tragen Wicklungen aus z.B. Kupferband oder Kupferdraht. Bekannte Baugrößen sind 1206, 0805, 0402. Sie sind auch in Knochenform verfügbar.
Spulenkörper mit einem keramischen Kern aus ferromagnetischem oder diamagnetischem Material wie AI2O3 können bei Höchstfrequenz die entstehende Wärme nur schlecht ableiten. AI2O3 hat eine Wärmeleitfähigkeit (WLF) um 28 W/mK.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, Spulenkörper mit einem keramischen Kern bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mithilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass Spulenkörper mit einem keramischen Kern aus hochwärmeleitfähigem elektrisch isolierendem Werkstoff wie diamagnetischem AIN, vorzugsweise AIN-4%Y203, bei Höchstfrequenz die entstehende Wärme besser ableiten können. Dadurch können die elektrischen Widerstände klein und der Q-Wert hochgehalten werden. Die erfindungsgemäß eingesetzten AIN -Werkstoffe erreichen eine WLF von über 170 W/mK. Der Grundkörper kann durch Trockenpressen aus entsprechendem Granulat hergestellt werden. Dieses Granulat enthält in einer geeigneten Organik aus z.B. Wachsen und Bindemitteln ein Sprühgranulat aus AIN mit einem Anteil von üblicherweise vorzugsweise 2-6 % Sinterhilfsmitteln wie Y2O3 oder andere Seltenerdverbindungen, eventuell auch mit CaO, MgO. (Bereich kann grundsätzlich von etwa 0,5 % bis etwa 10 % reichen).
Der in die gewünschte Form gepresste Grundkörper wird bei für AIN üblichen Temperaturen gesintert, bei AIN-Y2O3 vorzugsweise unter Stickstoffatmosphäre bei 1700 °C. Dann wird eine haftfeste Metallisierung auf die Keramik gebracht.
Die Metallisierung dient zur Fixierung des Spulendrahtes und zur Lötmontage auf dem Schaltungsboard, sie kann z.B. a) mit Wolfram (Glas) reduzierend-feucht eingebrannt bei etwa 1250 °C + stromlos Nickel lötbar,
b) mit Molybdän-Mangan + stromlos Nickel, wie a bei etwa 1250 °C unter N2 feucht eingebrannt,
c) mit lötbarem Silber,
d) mit Silber-Palladium oder Silber-Palladium-Platin oder Silber-Platin oder Platin, aber auch
e) mit Kupfer ausgeführt werden.
Die Varianten a bis d erfordern neben dem Metallpulver üblicherweise noch Gläser, die speziell für AIN geeignet sind, also nur langsam oder gar nicht mit AIN unter Bildung von Stickstoff reagieren. Sie sind meist auf Basis ZnO hergestellt. Diese Metallisierung wird oxidierend bei 850 °C eingebrannt.
Als Verfahren zur Metallisierung dienen Tauchen, Siebdrucken oder Besprühen („InkJet" ähnliche Arbeitsweise). Geeignete Verfahren zur Metallisierung sind beispielsweise in der DE 198 28 574 B4 beschrieben. Um die Kontaktflächen bei den erfindungsgemäßen Formkörpern für Lötverbindungen herstellen zu können, werden die erfindungsgemäßen Formkörper an den dazu vorgesehenen Oberflächenbereichen, den Kontaktflächen, metallisiert. Wenn der Formkörper anschließend entsprechend seinem vorgesehenen Verwendungszweck bearbeitet worden ist, wird er mit seinen Kontaktflächen auf eine Schaltung gelötet oder Anschlüsse werden auf den Kontaktflächen angelötet.
Die Metallisierung der Kontaktflächen erfolgt in bekannter Weise durch Auftragen einer Metallisierungspaste auf die Bauteile auf die dafür vorgesehenen Oberflächenbereiche und einer anschließenden Wärmebehandlung. Die Metallisierungspaste wird durch Rollen, Siebdruck oder Tampondruck aufgetragen. Diese Auftragsverfahren sind beispielsweise aus „Mo-Mn Metallization on AIN Substrate", Ceramic Transactions, 15/1990, Seiten 365-374, bekannt. Beispielsweise bei U-förmigen keramischen Spulenkörpern mit besonders kleinen Abmessungen des Wickelkörpers von etwa 6 mm Länge, 4 mm Breite und 3 mm Höhe haben die Schenkel eine Länge von etwa 0,6 mm bei einer Breite von etwa 1 ,2 mm. Die jeweils zu metallisierende Fläche auf den Stirnseiten der U-Schenkel beträgt damit etwa 3,6 mm2. Durch die bekannten Druckverfahren werden die sich an die Stirnfläche anschließenden Flächen der Schenkel nur in sehr geringem Maße mit der Lötpaste benetzt. Bei Lötverbindungen auf vorgegebenen Kontaktflächen mit solch kleinen Abmessungen können Probleme bezüglich der Haftfestigkeit auftreten.
Die wichtigsten Parameter einer Lötverbindung sind die Zusammensetzungen des Keramikwerkstoffs, der Metallisierungspaste und des Lots sowie die geforderte Haftfestigkeit, die im Wesentlichen durch die Größe der Kontaktfläche beeinflusst wird. Bei den bekannten Auftragsverfahren der Metallisierungspaste wird eine Vielzahl von Formkörpern so ausgerichtet, dass die zu bedruckenden Flächen alle in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. Diese Stirnflächen der Formkörper werden dann mit der Metallisierungspaste bedruckt. Die sich an der bedruckten Stirnfläche anschließenden Flächen werden durch die über den Rand quellende Metallisierungspaste in der Regel bis zu einer Ausdehnung von etwa 0,06 mm benetzt. Das hier beschriebene Metallisierungsverfahren ermöglicht dagegen durch das Eintauchen der Formkörper in die Metallisierungspaste außer der Metallisierung der jeweiligen Stirnflächen darüber hinaus eine Metallisierung der sich daran anschließenden Flächen, insbesondere von Schenkelflächen, in beliebigem Umfang.
Insbesondere bei Bauteilen mit von dem Formkörper wegweisenden Schenkeln, deren Stirnflächen zur Herstellung von Kontaktflächen metallisiert werden sollen, kann die Tauchtiefe der Schenkel bis zu 90 % der Schenkellänge betragen. Bevorzugt wird ein Bereich mit einer Tauchtiefe bis zu 60 % der Schenkellänge. Die Tauchtiefe wird insbesondere in Abhängigkeit von der Größe der Formkörper und damit in Abhängigkeit der Schenkellänge gewählt. Je kleiner die Schenkellänge, desto größer kann die Tauchtiefe im Verhältnis zur Schenkellänge sein, um dadurch eine möglichst große metallisierte Fläche zu erhalten. Bei einer Schenkellänge von beispielsweise 0,6 mm würde bei einer Tauchtiefe von 60 % der Schenkellänge die metallisierte Schenkellänge bei 0,36 mm liegen.
Über die Vergrößerung der metallisierten Fläche lässt sich die Haftfestigkeit der Metallisierung und dadurch auch einer Lötverbindung entsprechend erhöhen. Bei einer Vergrößerung der metallisierten Fläche um mindestens 50 % kann eine mehr als doppelt so große Haftfestigkeit erreicht werden. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem bekannten Verfahren zum Auftragen der Metallisierungspaste ist der einfachere und schnellere Ablauf des Verfahrens und dadurch bedingt seine größere Wirtschaftlichkeit.
Die Formkörper werden für den Tauchvorgang mittels einer Einrichtung alle in derselben Ausrichtung so gehalten, dass die zu metallisierenden Oberflächenbereiche nach unten weisen und die Stirnflächen, auf denen die Anschlüsse erfolgen sollen, alle in der gleichen Höhe angeordnet sind. Entsprechend diesem Verfahren gibt es zwei Möglichkeiten, um die Metallisierungspaste für den Tauchvorgang bereitzuhalten. Die Metallisierungspaste kann zum einen in einer Wanne bereitgehalten werden. Das erfordert, dass mit steigender Entnahme der Metallisierungspaste durch die Tauchvorgänge jeder Tauchvorgang auf den sinkenden Pegel der Metallisierungspaste abgestimmt oder aber die Füllung der Metallisierungspaste in der Wanne auf einen konstanten Pegel eingestellt wird.
Als Alternative kann die Metallisierungspaste auf einer ebenen, horizontal angeordneten Fläche in einer vorgegebenen Schichtdicke aufgetragen werden. Dazu kann die Metallisierungspaste mittels einer Rakel auf der Fläche so verstrichen werden, dass für den Tauchvorgang die erforderliche Tauchtiefe zur Verfügung steht. Die Formkörper werden dann mit ihren zu metallisierenden Flächen in die Metallisierungspaste getaucht. Das Tauchen kann bis zum Aufsetzen auf die Fläche erfolgen, die die Metallisierungspaste trägt. Dadurch wird eine stets gleichmäßige Metallisierung erreicht. Die Viskosität der Metallisierungspaste muss allerdings so eingestellt sein, dass nach dem Abheben die Kontaktflächen mit der Metallisierungspaste in der erforderlichen Schichtdicke benetzt sind. Nach jedem Tauchvorgang wird die Fläche aufs Neue mit der Metallisierungspaste in der vorgegebenen Schichtdicke bestrichen. Dazu kann zuvor die Metallisierungspaste des vorhergehenden Tauchvorgangs vollständig von der Fläche entfernt werden. Bei diesem Verfahren ist, im Gegensatz zu dem vorhergehenden Tauchverfahren, kein schwankender Pegel der Metallisierungspaste in einer Wanne zu berücksichtigen.
Die Viskosität und damit die Spreitung der Metallisierungspaste übt einen wesentlichen Einfluss auf das Ergebnis der Metallisierung aus. Deshalb ist es von Vorteil, wenn sich beim Tauchen der zu metallisierenden Oberflächenbereiche der Formkörper die Oberfläche der Metallisierungspaste infolge der Verdrängung, beispielsweise durch die eintauchenden Schenkel von Spulenkörpern, nicht aufwölbt. Dadurch wird vermieden, dass die Metallisierungspaste einen Bereich benetzt, der nicht metallisiert werden darf, beispielsweise den Bereich der Spulenkörper, der die Bewicklung trägt. Wird beispielsweise Terpineol zur Verpastung gebraucht, tritt beim Eintauchen eines Formkörpers aufgrund seines langsamen Verlaufene eine Verweilung der Pastenoberfläche auf. Als vorteilhaft hat sich eine hohe Viskosität von etwa 160000 bis 250000 mPa-s erwiesen. Eine solche Viskosität hat beispielsweise eine Metallisierungspaste, die Metallpulver und Glasfritte in einer Lösung aus (2-Butoxyethyl)-Acetat enthält. Wegen seiner guten Fließeigenschaften wird mit (2-Butoxyethyl)-Acetat ein sehr hoher Füllgrad von über 85 % Feststoffe in der Metallisierungspaste erreicht. Metalle wie Wolfram, Molybdän oder Silber-Palladium- Legierungen sind zur Metallisierung besonders geeignet.
Die Verweildauer der zu metallisierenden Oberflächenbereiche der Formkörper in der Metallisierungspaste kann vorteilhaft auf die Tauchtiefe, die Viskosität und die Tauchgeschwindigkeit abgestimmt werden und beträgt etwa 0,2 bis 2 Sekunden.
Um eine Tropfenbildung der Metallisierungspaste an den Kontaktflächen, insbesondere an den Stirnflächen, auf denen später der Anschluss erfolgt, zu vermeiden, kann in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung die überschüssige Metallisierungspaste auf einer dazu vorgesehenen Fläche, beispielsweise einer Abtropfplatte, abgetropft werden. Dazu werden die Formkörper kurzzeitig mit ihren mit der Metallisierungspaste bedeckten Stirnflächen auf eine ebene Fläche aufgesetzt. Beim Abheben von dieser Fläche bleibt die überschüssige Metallisierungspaste zurück, sodass sich keine Tropfen bilden.
Diese ebene Fläche kann als Abtropfplatte auch strukturiert sein. Die Strukturierung kann beispielsweise aus beabstandeten, schmalen parallelen Nuten oder Rillen bestehen, die auch ein Gitternetz bilden können, in die die überflüssige Metallisierungspaste abfließt. Die Nuten oder Rillen können zu einer Seite der Abtropfplatte geneigt sein, sodass die überschüssige Metallisierungspaste aus der Struktur selbsttätig abfließen kann. Liegt die Abtropfplatte höher als die Tauchwanne mit der Metallisierungspaste, können die Nuten oder Rillen der Struktur so geneigt sein, dass die überflüssige Metallisierungspaste in die Wanne zurückfließt. Die ebene Fläche kann auch ein Sieb oder Drahtgeflecht sein, das über einer Fläche angeordnet ist. Beim Aufsetzen der Stirnflächen der Formkörper auf das Sieb tropft die überschüssige Metallisierungspaste durch das Sieb auf diese Fläche. Wenn diese Fläche zur Tauchwanne mit der Metallisierungspaste geneigt ist, fließt auch hier die überschüssige Metallisierungspaste selbsttätig in die Wanne zurück.
Als Verweildauer auf der Fläche zum Abtropfen der überschüssigen Metallisierungspaste hat sich, in Abhängigkeit vom Grad der Metallisierung und der Viskosität der Metallisierungspaste, eine Zeit von 0,2 bis 2 Sekunden als vorteilhaft erwiesen.
Um ein kontinuierliches Metallisieren der Formkörper durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Fläche, auf der die überschüssige Metallisierungspaste abgetropft wird, anschließend sofort gesäubert wird. Die überschüssige Metallisierungspaste kann beispielsweise mit einer Rakel abgezogen werden oder die Fläche wird durch eine andere, bereitstehende Fläche ersetzt, die gesäubert ist. Während auf dieser Fläche die überschüssige Metallisierungspaste eines zuvor durchgeführten Tauchvorgangs abgetropft wird, kann die zuvor benutzte Fläche gesäubert werden.
Der Tauchvorgang sowie das anschließende Abgeben der überschüssigen Metallisierungspaste kann vorteilhaft dadurch beschleunigt werden, dass zwischen dem Auftragen der Metallisierungspaste und dem Abgeben der überschüssigen Metallisierungspaste die Einrichtung mit den gehaltenen Formkörpern und die Wanne oder Fläche mit der Metallisierungspaste sowie die Fläche zur Aufnahme der überschüssigen Metallisierungspaste relativ zueinander bewegt werden. Dabei sind die Wanne mit der Metallisierungspaste bzw. die Fläche mit der aufgerakelten Metallisierungspaste sowie die Fläche zur Abgabe der überschüssigen Metallisierungspaste nebeneinander angeordnet. Entweder steht die Einrichtung mit den zu metallisierenden Formkörpern still und die Wanne oder Fläche mit der Metallisierungspaste und die Fläche zur Abgabe der überschüssigen Metallisierungspaste werden unter der Einrichtung hin- bzw. hergefahren oder die Wanne oder Fläche mit der Metallisierungspaste und die Fläche zur Abgabe der überschüssigen Metallisierungspaste verbleiben ortsfest und die Einrichtung mit den gehaltenen Formkörpern wird zwischen Metallisierungspaste und der Fläche zur Abgabe der überschüssigen Metallisierungspaste hin- und hergefahren.
Das Verfahren lässt sich bei Spulenkörpern bzw. Widerständen auch wie folgt einsetzen. Senkrecht in den Löchern eines Gurts steckend kann zunächst die eine und nach dem Umspannen des Gurts die zweite Stirnseite durch Tauchen in die Metallisierungspaste metallisiert werden. Der Gurt mit den Formkörpern wird waagerecht in eine geeignete Haltevorrichtung an der Einrichtung zur Handhabung der Formkörper gespannt.
Der Ablauf des Metallisierungsverfahrens wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine Vorrichtung zur Metallisierung von Oberflächenbereichen keramischer Formkörper geringer Abmessungen, bei der die Einrichtung zur Handhabung der Formkörper in der Ausgangsstellung über einem verfahrbaren Tisch mit einer mit Metallisierungspaste gefüllten Wanne steht,
Figur 2 die Formkörper während des Tauchens in die Metallisierungspaste
Figur 3 die Formkörper, auf eine Abtropfplatte aufgesetzt, zum Entfernen überflüssiger Metallisierungspaste, Figur 4 die metallisierten Formkörper, die zur Abnahme von der Einrichtung zu ihrer Handhabung bereitgehalten werden, und die Säuberung der Abtropfplatte,
Figur 5 eine weitere Vorrichtung, bei der eine verfahrbare Einrichtung zur
Handhabung der Formkörper in ihrer Ausgangsstellung über einer Fläche steht, auf der eine Schicht mit Metallisierungspaste aufgetragen ist,
Figur 6 einen Tisch mit einer strukturierten Fläche als Abtropfplatte und
Figur 7 einen Tisch mit einem Sieb als Abtropfplatte.
In Figur 1 ist mit 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Metallisierung von Oberflächenbereichen keramischer Formkörper geringer Abmessungen bezeichnet. Die keramischen Formkörper 2 sind zur Aufnahme an einer Einrichtung 3 zur Handhabung von keramischen Formkörpern 2 auf einer Halteplatte 4 temporär fixiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die keramischen Formkörper U-förmige Spulenkörper. Diese Spulenkörper sind zunächst mithilfe einer Rüttelplatte ausgerichtet und dann von einer erwärmten flachen Platte, beispielsweise aus Keramik oder Metall, die mit einem thermoplastischen, temporär wirksamen Kleber belegt ist, aufgenommen worden. Durch Andruck mit einer Gegenplatte sind die Spulenkörper auf der Halteplatte 4 fixiert worden. Dabei sind sie so ausgerichtet worden, dass die zu metallisierenden Oberflächenbereiche, die Stirnflächen 5, auf denen die Anschlüsse angelötet werden sollen, in gleicher Höhe angeordnet sind. Die Halteplatte 4 mit den temporär aufgeklebten Spulenkörpern 2 ist dann von der Stempelplatte 6 der Einrichtung 3 aufgenommen worden. Die Halterung erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels Unterdruck über in der Oberfläche der Stempelplatte angeordnete Saugdüsen 7, die, die gestrichelt eingezeichnet, oberhalb der Halteplatte 4 verteilt sind. Ein Anschluss 8 führt zu einer hier nicht dargestellten Unterdruckquelle, in der, durch den Pfeil 9 symbolisiert, der zur Fixierung der Halteplatte 4 erforderliche Unterdruck erzeugt wird.
Die Stempelplatte 6 hängt an einem Teleskopzylinder 10. Die zur Funktion der Einrichtung 3 zur Handhabung der Formkörper 2 erforderlichen konstruktiven Merkmale sind aus dem Stand der Technik bekannt und aus diesem Grund hier nicht näher dargestellt und erläutert.
In Figur 1 steht die Einrichtung 3 zur Handhabung der Formkörper 2 in ihrer Ausgangsstellung über einem Tisch 1 1 . Dieser Tisch 1 1 trägt auf der linken Seite eine Wanne 12, die mit Metallisierungspaste 13 gefüllt ist. Auf der rechten Seite daneben befindet sich eine horizontal angeordnete, ebene Fläche 14, die als Abtropfplatte zum Entfernen überflüssiger Metallisierungspaste an den Formkörpern 2 dient.
Der Tisch 1 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Rollen 15 auf, mit denen er auf Führungsschienen 16, von denen hier nur die vordere zu sehen ist, gelagert ist. Auf diesen Führungsschienen 16 ist der Tisch 1 1 unterhalb der Einrichtung 3 zur Handhabung der Formkörper 2 mittels eines hier nicht dargestellten Antriebs, zu dem die Verbindungsstange 17 führt, hin- und herbewegbar, wie durch den Doppelpfeil 18 angedeutet wird. Der Tisch 1 1 lässt sich aus der dargestellten Position, bei der sich die Wanne 12 mit der Metallisierungspaste 13 unterhalb der Einrichtung 3 zur Handhabung der Formkörper 2 befindet, in eine Position verfahren, wie sie in Figur 3 dargestellt ist. Dann befindet sich die Abtropfplatte 14 unterhalb der Einrichtung 3 zur Handhabung der Formköper 2. Des weiteren ist noch eine Rakel 19 dargestellt, mit der die Abtropfplatte 14 von der überschüssigen Metallisierungspaste, die von den metallisierten Oberflächen der Formköper 2 abgetropft ist, gereinigt wird.
In Figur 2 ist der Verfahrensschritt dargestellt, in dem die Formkörper 2, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Spulenkörper, mit ihren zu metallisierenden Oberflächenbereichen in die Wanne 12 mit der Metallisierungspaste 13 getaucht sind. Dazu ist die Stempelplatte 6 aus ihrer in Figur 1 dargestellten Ausgangsposition mittels des Teleskopzylinders 10 in Pfeilrichtung 20 (Fig. 1 ) abgesenkt worden. Die Tauchtiefe der Spulenkörper kann über den Teleskopzylinder 10 so gesteuert werden, dass nicht nur die Stirnflächen 5, sondern auch die sich daran anschließenden Flächen der U-Schenkel 21 der Spulenkörper 2 bis zu einer vorgegebenen Tiefe von der Metallisierungspaste 2 benetzt werden. Aufgrund der hohen Viskosität der Metallisierungspaste von etwa 160000 bis 250000 mPa-s erfolgt keine Wölbung der Oberfläche der Metallisierungspaste. Dadurch wird vermieden, dass der Bewicklungsraum zwischen den Schenkeln 21 von der Metallisierungspaste 13 benetzt wird und sichergestellt, dass die tatsächliche Benetzung der Flächen mit der vorgegebenen Tauchtiefe übereinstimmt. Die Tauchtiefe kann bis zu 90 % der Schenkellänge betragen, wird aber bevorzugt im Bereich bis zu 60 % gewählt, abhängig von der Größe der Formkörper und der Länge der Schenkel.
Wenn die Formkörper 2 nach der vorgegebenen Verweildauer mittels der Einrichtung 3 wieder aus der Metallisierungspaste 13 herausgehoben werden, wie durch den Pfeil 22 angedeutet, können sich an den Stirnflächen 5 der Formkörper 2 Tropfen der Metallisierungspaste bilden. Solche Tropfen würden zu einem ungleichmäßigen Auftrag der Metallisierungspaste führen. Aus diesem Grund ist verfahrensgemäß vorgesehen, dass die überschüssige Metallisierungspaste von den zu metallisierenden Flächen entfernt wird. Dazu dient die Abtropfplatte 14, die sich an die Wanne 12 mit der Metallisierungspaste 13 anschließt.
Sind die an der Stempelplatte 6 hängenden Formkörper 2, wie durch den Pfeil 22 angedeutet, aus der Wanne 12 gehoben worden, wird der Tisch 1 1 so weit in Pfeilrichtung 23 verfahren, bis dass die Abtropfplatte 14 unterhalb der Stempelplatte 6 steht. Dann wird die Stempelplatte 6 mit den metallisierten Formkörpern 2 mittels des Teleskopzylinders 10 in Pfeilrichtung 24 so weit abgesenkt, bis dass die Stirnflächen, hier die Stirnflächen 5 der Schenkel 21 der Spulenkörper 2, die Oberfläche der Abtropfplatte 14 berühren oder fast berühren, wie in Figur 3 dargestellt. Wenn eine Stirnfläche 5 auf die Oberfläche der Abtropfplatte 14 aufsetzt, muss sichergestellt sein, dass die Metallisierungspaste nicht vollständig von ihr weggedrückt wird. Wie weit sich die Stirnfläche 5 der Oberfläche der Abtropfplatte 14 nähern darf, hängt von der Viskosität der Metallisierungspaste 13 und der erwünschten Schichtdicke der Metallisierung auf der Stirnfläche 5 ab. Der Grad der Abtropfung kann auch über die Verweildauer, die zwischen 0,2 und 2 Sekunden betragen kann, gesteuert werden.
In Figur 4 ist der Verfahrensschritt dargestellt, in dem die Formkörper 2 von der Abtropfplatte 14 abgehoben sind. Die U-förmigen Schenkel 21 der Spulenkörper 2 sind nicht nur auf der Stirnfläche 5, sondern auch in einem der Tauchtiefe entsprechenden Länge 25 mit Metallisierungspaste 13 bedeckt. Die so metallisierten Spulenkörper können der anschließenden Wärmebehandlung der Metallisierungspaste zugeführt werden, wenn sie von der Halteplatte 4 abgelöst worden sind.
In Figur 4 ist weiterhin dargestellt, wie der Tisch 1 1 in seine in Figur 1 dargestellte Ausgangsposition zurückgezogen wird, wie mit dem Pfeil 26 angedeutet wird. Während der Tisch 1 1 auf den Führungsschienen 16 in seine Ausgangsposition zurückgezogen wird, wird mittels einer Rakel 19 die von den Spulenkörpern 2 abgetropfte überschüssige Metallisierungspaste 13' von der Abtropfplatte 14 abgestrichen und zurück in die Wanne 12 geschoben. Dadurch wird die Oberfläche der Abtropfplatte 14 gesäubert und ist zum Aufsetzen einer neuen Charge von metallisierten Formkörpern vorbereitet.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Metallisierung von Oberflächenbereichen keramischer Formkörper dargestellt. Von der Vorrichtung 1 zur Metallisierung stimmt die Einrichtung 3 zur Handhabung der zu metallisierenden Formkörper 2 mit dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel überein. Auch die zu metallisierenden Formkörper 2 sind, wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel, U-förmige Spulenkörper. Das Metallisierungsverfahren unterscheidet sich von dem des vorhergehenden Ausführungsbeispiels dadurch, dass der Tisch 1 1 1 ortsfest angeordnet ist, während sich die Einrichtung 3 zur Handhabung der Spulenkörper 2 zwischen einem Bereich 1 12, auf dem die Metallisierungspaste 13 aufgetragen ist, und einem Bereich 1 14, der die Abtropfplatte bildet, hin- und herverfahrbar ist, wie durch den Doppelpfeil 27 angedeutet wird. Im Gegensatz zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird die Metallisierungspaste 13 im Bereich 1 12, dem Metallisierungsbereich, in einer vorgegebenen Schichtdicke 28 auf dem Tisch 1 1 1 aufgetragen. Das Auftragen erfolgt dadurch, dass mittels einer Zuführeinrichtung 29 aus einem hier nicht dargestellten Vorratsbehälter die Metallisierungspaste 13 auf den Tisch 1 1 1 im Bereich 1 12 aufgegeben wird, wie durch den Pfeil 30 angedeutet wird. Die Dicke der aufzutragenden Schicht 28 wird mittels einer Rakel 31 eingestellt. Dazu ist der Abstand der Rakel 31 von dem Tisch 1 1 1 einstellbar, wie durch den Doppelpfeil 32 angezeigt wird.
Aus ihrer gestrichelt eingezeichneten Position 33 werden die Zuführeinrichtung 29 sowie die Rakel 31 in Pfeilrichtung 34 bis in die dargestellte Position 35 verfahren. Dabei wird die Metallisierungspaste 13 in der vorgegebenen Schichtdicke 28 auf den Bereich 1 12 des Tisches 1 1 1 aufgetragen.
Nach dem Auftragen der Metallisierungspaste 13 wird die Einrichtung 3 mit den Spulenkörpern 2 abgesenkt, bis dass die Schenkel mit der erforderlichen Tauchtiefe in die Metallisierungspaste 13 getaucht sind. Das Tauchen kann dabei, wie weiter oben dargelegt, bis zum Aufsetzen der Stirnflächen auf den Tisch 1 1 1 erfolgen. Das Heben und Senken der Einrichtung 3 wird durch den Doppelpfeil 36 angedeutet. Nach der Metallisierung werden die Spulenkörper 2 angehoben und die Einrichtung 3 wird über die Abtropfplatte 1 14 verfahren.
Die Rakel 31 sowie die Zuführeinrichtung 29 können nun bereits in ihrer Ausgangsposition 33 zurückverfahren werden. Dazu werden sie so weit angehoben, dass sie nicht mehr in die Metallisierungspaste 13 tauchen. Nachdem die überschüssige Metallisierungspaste 13' von den Spulenkörpern 2 durch Aufsetzen auf die Abtropfplatte 1 14 abgetropft ist, wird die Stempelplatte 6 so weit angehoben, dass die Halteplatte 4 mit den Spulenkörpern 2 entfernt werden kann und die metallisierten Spulenkörper nach dem Ablösen von der Halteplatte 4 der weiteren vorgesehenen Wärmebehandlung zugeführt werden können. Das Heben und Senken im Bereich der Abtropfplatte 1 14 wird durch den Doppelpfeil 36 angedeutet.
Zur Vorbereitung eines neuen Tauchvorgangs muss sowohl die Abtropfplatte 1 14 als auch der Bereich 1 12 von der Metallisierungspaste gereinigt werden. Dazu wird eine speziell für die Reinigung des Tisches 1 1 1 vorgesehene Rakel 1 19 in Pfeilrichtung 37 bis in die Position 33 verschoben. Gleichzeitig wird durch ein Rohr 38 mit einer die Breite des Bereichs 1 12 abdeckenden Düse 39 die nicht mehr benötigte Metallisierungspaste 13' abgesaugt, wie durch den Pfeil 40 angedeutet wird. Diese abgesaugte Metallisierungspaste kann, wie hier nicht weiter dargestellt, der Zuführeinrichtung 29 wieder zugeführt werden und beim erneuten Auftragen von Metallisierungspaste im Bereich 1 12 des Tisches 1 1 1 wiederverwendet werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel in Figur 6 zeigt eine ebene Fläche 214 auf einem Tisch 21 1 , die strukturiert ist und etwas höher liegt als die Oberfläche der Metallisierungspaste 13 in der Wanne 12. Die Struktur besteht aus beabstandeten, schmalen parallelen Nuten oder Rillen 41 . Die Nuten oder Rillen können auch gitterförmig verlaufen. Die in Richtung der Tauchwanne 12 mit der Metallisierungspaste 13 weisenden Nuten oder Rillen 42 sind so geneigt, dass die überschüssige Metallisierungspaste 13' selbsttätig in die Wanne 12 zurückfließen kann.
In Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem Tisch 31 1 dargestellt, dessen Abtropffläche aus einem siebförmigen Drahtgeflecht 314 besteht. Beim Aufsetzen der Stirnflächen 5 der Formkörper 2 auf diese Abtropffläche 314 tropft die überschüssige Metallisierungspaste 13' auf die darunterliegende Fläche 44. Diese kann so geneigt sein, dass die überschüssige Metallisierungspaste 13' selbsttätig in die Wanne 12 zurückfließt.
Die erfindungsgemäßen Spulenkörper zeichnen sich aus durch eine bessere Wärmeabfuhr, einen niedrigeren Widerstand im Draht, einen besseren Q-Wert und durch weniger Verlustwärme als die im Stand der Technik bekannten Spulenkörper aus ferromagnetischem oder diamagnetischem Material wie AI2O3.
Die vorliegende Erfindung betrifft folglich einen:
> Spulenkörper mit einem keramischen Kern aus hochwärmeleitfähigem elektrisch isolierendem Werkstoff. wobei
• der keramische Kern aus hochwärmeleitfähigem elektrisch isolierendem Werkstoff mit einer WLF > 28 W/mK besteht;
• der keramische Kern AIN enthält;
• der keramische Kern AIN und bis zu 10 % Sinterhilfsmittel, vorzugsweise Sinterhilfsmittel in Mengen von 0,5 bis 10 %, besonders bevorzugt in Mengen von 2 bis 6 % enthält;
• der keramische Kern AIN und als Sinterhilfsmittel Y2O3, andere Seltenerdverbindungen, CaO und/oder MgO enthält;
• der keramische Kern AIN-4%Y203 enthält.
Die mit · gekennzeichneten Aufzählungen bedeuten optionale, vorzugsweise Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Spulenkörpers.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein: > Verfahren zur Herstellung der oben genannten Spulenkörper, bei dem der Grundkörper des Spulenkörpers aus einem geeigneten Granulat in einer geeigneten Organik durch ein geeignetes Pressverfahren hergestellt wird, der in die gewünschte Form gepresste Grundkörper gesintert und eine haftfeste Metallisierung auf die Keramik gebracht wird. wobei o als Granulat ein Sprühgranulat verwendet wird; o die Organik Wachse und Bindemittel enthält. o als Pressverfahren das Trockenpressverfahren verwendet wird. o das Sprühgranulat einen Anteil von Sinterhilfsmitteln enthält. o als Sinterhilfsmittel Y2O3, andere Seltenerdverbindungen, CaO und/oder MgO verwendet wird. o die Sinterhilfsmittel in Mengen von 0,5 bis 10 %, vorzugsweise in Mengen von 2 bis 6 % eingesetzt wird. o der in die gewünschte Form gepresste Grundkörper unter Schutzgasatmosphäre gesintert wird. o als Schutzgas Stickstoff eingesetzt wird. o der Spulenkörper bei 1700 °C gesintert wird. bei der Metallisierung der Spulenkörper eine Anzahl der Spulenkörper (2) gleicher Formgebung mittels einer Einrichtung (3) in derselben Ausrichtung so gehalten wird, dass die zu metallisierenden Oberflächenbereiche (5, 21 ) nach unten weisen und dadurch die Stirnflächen (5) der Formkörper (2) bilden, dass die Stirnflächen (5) aller Formkörper (2) in gleicher Höhe angeordnet sind, dass die Formkörper (2) mittels der Einrichtung (3) in die Metallisierungspaste (13) so weit getaucht werden, bis dass die zu metallisierenden Oberflächenbereiche (5, 21 ) vollständig von der Metallisierungspaste (13) bedeckt worden sind und dass danach die Formkörper (2) einer auf die Zusammensetzung der Metallisierungspaste (13) abgestimmten Wärmebehandlung unterzogen werden. die Metallisierungspaste (13) in eine Wanne (12) gefüllt ist. die Metallisierungspaste (13) als Schicht (28) in einer vorgegebenen Dicke auf eine horizontal angeordnete, ebene Fläche (1 12) aufgetragen wird. zur Anpastung der Metallisierungspaste (13, 13') (2-Butoxyethyl)-Acetat verwendet wird. die Metallisierungspaste (13) eine Viskosität von etwa 160000 bis zu 250000 mPa-s aufweist. bei Formkörpern (2) mit von dem Formkörper (2) wegweisenden Schenkeln (21 ) die Tauchtiefe (25) der Schenkel (21 ) in Abhängigkeit von der Größe der Formkörper (2) und der Länge der Schenkel (21 ) bis zu 90 %, bevorzugt in einem Bereich bis zu 60 %, der Länge der Schenkel (21 ) gewählt wird. die Verweildauer der zu metallisierenden Oberflächenbereiche (5, 21 ) der Formkörper (2) in der Metallisierungspaste (13) etwa 0,2 bis 2 Sekunden beträgt. nach dem Auftragen der Metallisierungspaste (13) auf die Oberflächenbereiche (5, 21 ) der Formkörper (2) die Formkörper (2) aus der Metallisierungspaste (13) gehoben werden, dass die Formkörper (2) kurzzeitig mit ihren mit Metallisierungspaste (13) bedeckten Stirnflächen (5) auf eine ebene Fläche (14, 1 14, 214, 314) aufgesetzt werden und dass beim Aufsetzen auf die Fläche (14, 1 14, 214, 314) die überschüssige Metallisierungspaste (13') entfernt wird. die ebene Fläche (214) strukturiert ist und dass die überschüssige Metallisierungspaste (13') in die Strukturierung (41 , 42) fließt. die Stirnflächen (5) der Formkörper (2) auf ein Sieb (314) aufgesetzt werden. die Dauer des Aufsetzens auf die Fläche (14, 1 14, 214, 314) zum Entfernen überflüssiger Metallisierungspaste (13') etwa 0,2 bis 2 Sekunden beträgt. nach dem Abheben der Formkörper (2) von der Fläche (14, 1 14) die überschüssige Metallisierungspaste (13') von der Fläche (14, 1 14) entfernt wird. die überschüssige Metallisierungspaste (13') mit einer Rakel (19, 1 19) abgestrichen wird. die überschüssige Metallisierungspaste abgewaschen wird. die überschüssige Metallisierungspaste 13' selbsttätig von der Fläche (214, 314) abfließt. zwischen dem Auftragen der Metallisierungspaste (13) und dem Abgeben der überschüssigen Metallisierungspaste (13') die Einrichtung (3) mit den gehaltenen Formkörpern (2) und die Wanne (12) oder die Fläche (1 12) mit der Metallisierungspaste (13) sowie die Fläche (14, 1 14, 214, 314) zur Aufnahme der überschüssigen Metallisierungspaste (13') relativ zueinander bewegt werden.
Die mit o gekennzeichneten Aufzählungen bedeuten optionale, vorzugsweise Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Spulenkörper.

Claims

Ansprüche
1 . Spulenkörper mit einem keramischen Kern aus hochwärmeleitfähigem elektrisch isolierendem Werkstoff.
2. Spulenkörper gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Kern aus hochwärmeleitfähigem elektrisch isolierendem Werkstoff mit einer WLF > 28 W/mK besteht.
3. Spulenkörper gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Kern AIN enthält.
4. Spulenkörper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Kern AIN und bis zu 10 % Sinterhilfsmittel, vorzugsweise Sinterhilfsmittel in Mengen von 0,5 bis 10 %, besonders bevorzugt in Mengen von 2 bis 6 % enthält.
5. Spulenkörper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Kern AIN und als Sinterhilfsmittel Y2O3, andere Seltenerdverbindungen, CaO und/oder MgO enthält.
6. Spulenkörper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Kern AIN-4%Y203 enthält.
7. Verfahren zur Herstellung der Spulenkörper gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper des Spulenkörpers aus einem geeigneten Granulat in einer geeigneten Organik durch ein geeignetes Pressverfahren hergestellt wird, der in die gewünschte Form gepresste Grundkörper gesintert und eine haftfeste Metallisierung auf die Keramik gebracht wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Granulat ein Sprühgranulat verwendet wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Organik Wachse und Bindemittel enthält.
10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Pressverfahren das Trockenpressverfahren verwendet wird.
1 1 . Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühgranulat einen Anteil von Sinterhilfsmitteln enthält.
12. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Sinterhilfsmittel Y2O3, andere Seltenerdverbindungen, CaO und/oder MgO verwendet wird.
13. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterhilfsmittel in Mengen von 0,5 bis 10 %, vorzugsweise in Mengen von 2 bis 6 % eingesetzt wird.
14. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der in die gewünschte Form gepresste Grundkörper unter Schutzgasatmosphäre gesintert wird.
15. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzgas Stickstoff eingesetzt wird.
16. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper bei 1700 °C gesintert wird.
17. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Metallisierung der Spulenkörper eine Anzahl der Spulenkörper (2) gleicher Formgebung mittels einer Einrichtung (3) in derselben Ausrichtung so gehalten wird, dass die zu metallisierenden Oberflächenbereiche (5, 21 ) nach unten weisen und dadurch die Stirnflächen (5) der Formkörper (2) bilden, dass die Stirnflächen (5) aller Formkörper (2) in gleicher Höhe angeordnet sind, dass die Formkörper (2) mittels der Einrichtung (3) in die Metallisierungspaste (13) so weit getaucht werden, bis dass die zu metallisierenden Oberflächenbereiche (5, 21 ) vollständig von der Metallisierungspaste (13) bedeckt worden sind und dass danach die Formkörper (2) einer auf die Zusammensetzung der Metallisierungspaste (13) abgestimmten Wärmebehandlung unterzogen werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungspaste (13) in eine Wanne (12) gefüllt ist.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungspaste (13) als Schicht (28) in einer vorgegebenen Dicke auf eine horizontal angeordnete, ebene Fläche (1 12) aufgetragen wird.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpastung der Metallisierungspaste (13, 13') (2- Butoxyethyl)-Acetat verwendet wird.
21 . Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungspaste (13) eine Viskosität von etwa 160000 bis zu 250000 mPa s aufweist.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Formkörpern (2) mit von dem Formkörper (2) wegweisenden Schenkeln (21 ) die Tauchtiefe (25) der Schenkel (21 ) in Abhängigkeit von der Größe der Formkörper (2) und der Länge der Schenkel (21 ) bis zu 90 %, bevorzugt in einem Bereich bis zu 60 %, der Länge der Schenkel (21 ) gewählt wird.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer der zu metallisierenden Oberflächenbereiche (5, 21 ) der Formkörper (2) in der Metallisierungspaste (13) etwa 0,2 bis 2 Sekunden beträgt.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auftragen der Metallisierungspaste (13) auf die Oberflächenbereiche (5, 21 ) der Formkörper (2) die Formkörper (2) aus der Metallisierungspaste (13) gehoben werden, dass die Formkörper (2) kurzzeitig mit ihren mit Metallisierungspaste (13) bedeckten Stirnflächen (5) auf eine ebene Fläche (14, 1 14, 214, 314) aufgesetzt werden und dass beim Aufsetzen auf die Fläche (14, 1 14, 214, 314) die überschüssige Metallisierungspaste (13') entfernt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Fläche (214) strukturiert ist und dass die überschüssige Metallisierungspaste (13') in die Strukturierung (41 , 42) fließt.
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (5) der Formkörper (2) auf ein Sieb (314) aufgesetzt werden.
27. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche Anspruch 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Aufsetzens auf die Fläche (14, 1 14, 214, 314) zum Entfernen überflüssiger Metallisierungspaste (13') etwa 0,2 bis 2 Sekunden beträgt.
28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche Anspruch 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abheben der Formkörper (2) von der Fläche (14, 1 14) die überschüssige Metallisierungspaste (13') von der Fläche (14, 1 14) entfernt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die überschüssige Metallisierungspaste (13') mit einer Rakel (19, 1 19) abgestrichen wird.
30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die überschüssige Metallisierungspaste abgewaschen wird.
31 . Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die überschüssige Metallisierungspaste 13' selbsttätig von der Fläche (214, 314) abfließt.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Auftragen der Metallisierungspaste (13) und dem Abgeben der überschüssigen Metallisierungspaste (13') die Einrichtung (3) mit den gehaltenen Formkörpern (2) und die Wanne (12) oder die Fläche (1 12) mit der Metallisierungspaste (13) sowie die Fläche (14, 1 14, 214, 314) zur Aufnahme der überschüssigen Metallisierungspaste (13') relativ zueinander bewegt werden.
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