WO2016041766A1 - Inductive component and method for the production thereof - Google Patents

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Ruth MÄNNER
Andreas Wolff
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Abstract

The invention relates to an inductive component having a high electrical quality and a good resistance to heat. According to the invention, a component, in particular an inductive component, is produced from a ceramic green body (10). The claimed inductive component can also be used, in particular for producing circuits for machine control and/or sensors.

Description

Beschreibung description
Induktives Bauteil und Herstellungsverfahren dazu Die Erfindung betrifft ein induktives Bauteil und ein Verfah¬ ren zum Herstellen eines Bauteils aus einem Inductive component and manufacturing method therefor The invention relates to an inductive component and a procedural ¬ ren for manufacturing a component of a
Keramikgrünkörper. Die Erfindung ist besonders bevorzugt anwendbar auf die Herstellung von Schaltungen für Maschinensteuerungen und Sensoriken.  Ceramic green bodies. The invention is particularly preferably applicable to the manufacture of circuits for machine controls and sensors.
In elektrischen Schaltungen werden Wechselstromwiderstände durch induktive Bauteile wie z.B. Spulen und Transformatoren dargestellt. Bei solchen Bauteilen sind Leitungen von meist erheblicher Länge, ggfs. einige Meter, zu Spiral- und Helix- Windungen um einen Kern gewickelt. Als charakteristischesIn electrical circuits, AC resistances are induced by inductive components such as e.g. Coils and transformers shown. In such components lines of mostly considerable length, if necessary. A few meters, wound to spiral and helical turns around a core. As a characteristic
Merkmal eines solchen Bauelementes setzt eine Spule der In¬ duktivität L durch die magnetische Verkopplung ihrer Windungen einem Wechselstrom einen idealerweise linear mit der Frequenz f zunehmenden Widerstand 2nfL entgegen. Ein unerwünsch- ter Nebeneffekt der Leitungslänge ist jedoch der Gleichstrom¬ widerstand R. Als Güte Q = 2nfL/R einer Spule wird deshalb das Verhältnis ihres Wechselstromwiderstandes zum Gleich¬ stromwiderstand bezeichnet. Die für Leitungen geeigneten Me¬ talle besitzen mit der Temperatur stark zunehmende spezifi- sehe Widerstände. Außerdem kann durch elektromagnetische Ef¬ fekte bei höheren Frequenzen nur eine dünne oberflächennahe Schicht der Leitungen für einen Stromfluss genutzt werden. Es ist deshalb schwierig, Spulen hoher Güte für einen Einsatz bei hohen Temperaturen und hohen Frequenzen herzustellen. Characteristic of such a component sets a coil of In ¬ productivity L by the magnetic coupling of their turns an alternating current an ideal linearly with the frequency f increasing resistance 2nfL contrary. However, an unintentional side effect of the line length of the R. DC resistance than ¬ Q = 2nfL / R of a coil, the ratio of its AC resistance is therefore referred to the direct-current resistance ¬. Suitable for cables Me ¬ metals possess with temperature strongly increasing specific see resistances. In addition, only a thin layer near the surface of the lines can be used for a current flow by electromagnetic Ef ¬ effects at higher frequencies. It is therefore difficult to produce high quality coils for use at high temperatures and high frequencies.
Zur Erzielung einer hohen Güte wird in der Regel die Induktivität eines Bauteils mit einer Spule durch einen magnetischen Spulenkern erhöht und der Drahtwiderstand durch Verwendung von Kupferdraht minimiert. Dabei bestimmen die spezifischen Randbedingungen der Anwendung, z.B. Baugröße, Bauform oderTo achieve a high quality, the inductance of a component with a coil is usually increased by a magnetic coil core and the wire resistance is minimized by using copper wire. The specific constraints of the application, e.g. Size, type or
Betriebsfrequenz, ob ein magnetischer Kern zum Einsatz kommen kann. Kunststoffisolierte Kupferdrähte, die außen auf einen Spulenkörper gewickelt sind, widerstehen jedoch weder hohen Temperaturen noch hohen Beschleunigungskräften, wie sie in rotierenden und/oder vibrierenden Maschinenteilen vorkommen können. Dafür können Spulen verwendet werden, deren Leiterbahnen sich nicht außen auf einem Wickelkörper befinden, son- dern umgekehrt im Inneren zwischen wärmebeständigen Operating frequency, whether a magnetic core can be used. However, plastic-insulated copper wires wound outside on a bobbin resist neither high Temperatures still high acceleration forces, as they can occur in rotating and / or vibrating machine parts. For this purpose, it is possible to use coils whose conductor tracks are not located on the outside of a winding body, but conversely in the interior between heat-resistant ones
Keramiklagen eingebettet sind. Beispielsweise können in der LTCC ("Low Temperature Co-fired Ceramics"; deutsch: Nieder- temperatur-Einbrand-Keramik) -Technologie durch Siebdruck von silberhaltiger Paste Spulenwindungen auf keramischen Grünfo- lien hergestellt werden. Mehrere solcher Grünfolien können aufeinander laminiert und im Verbund bei 900°C gesintert wer¬ den. Derartig eingebettete Leiterbahnen besitzen eine hohe mechanische Stabilität und als Folge der abgestimmten Materi¬ aleigenschaften der Silberpaste auch eine hohe Temperaturbe- ständigkeit bis zu 400 oder 500°C. Ceramic layers are embedded. For example, in the LTCC ("Low Temperature Co-fired Ceramics") technology, screen windings of silver-containing paste can be used to produce coil turns on ceramic green films. Several such green sheets can be laminated on one another and sintered in a composite at 900 ° C who ¬ . Such embedded conductor tracks have a high mechanical stability and as a result of concerted Materi ¬ ca- pacity of the silver paste and a high temperature resistance up to 400 or 500 ° C.
Hierbei ist es von Nachteil, dass durch Siebdruck gebildete Spulenwindungen eine für viele Anwendungen zu geringe elektrische Leitfähigkeit bieten und eine häufig unzureichende Gü- te haben. In this case, it is disadvantageous that coil windings formed by screen printing offer a too low electrical conductivity for many applications and often have insufficient qualities.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend ge¬ nannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere ein indukti¬ ves Bauteil und ein Verfahren zum Herstellen eines, insbeson- dere induktiven, keramik-basierten Bauteils anzugeben, welches eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit und insbesondere erhöhte elektrische Güte bei zugleich hoher Temperaturbeständigkeit hat. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesonde¬ re den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. The object of the invention is the above-ge ¬ called to avoid drawbacks and to provide in particular an inductive ¬ ves component and a method for producing an, in particular inductive, ceramic-based component having a higher electrical conductivity and in particular increased electrical Q with at the same time high temperature resistance. This object is achieved according to the features of the independent claims. Preferred embodiments are insbesonde ¬ re the dependent claims.
Die Lösung der Aufgabe ist demgemäß ein Bauteil mit mindes- tens einem Keramikkörper, der mehrlagig ist, wobei das Bau¬ teil mindestens einen Metallvollkörper in Form eines Drahtes (27), der sich über mehrere Lagen des Keramikkörpers (10) er¬ streckt umfasst und, mit Ausnahme der Anschlüsse (29,32) voll von keramischem Material umgeben ist, wobei das Bauteil durch Sinterung herstellbar ist. The solution of the problem is accordingly a component with at least one ceramic body, which is multi-layered, wherein the Bau ¬ part at least one solid metal body in the form of a wire (27) which extends over several layers of the ceramic body (10) he stretches ¬ stretches and , with the exception of the connections (29,32) full surrounded by ceramic material, wherein the component can be produced by sintering.
Außerdem ist Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen eines insbesondere induktivenIn addition, subject of the invention and solution of the problem is a method for producing a particular inductive
Bauteils, wobei in mindestens einen Keramikgrünkörper mindes¬ tens ein Metallvollkörper in Form eines Drahtes eingelegt wird und die Anordnung aus dem mindestens einen Component, wherein Minim ¬ least a metal solid body in the form of a wire is inserted into at least one ceramic green body and the arrangement of the at least one
Keramikgrünkörper und dem mindestens einen Metallvollkörper gesintert wird. Ceramic green body and the at least one solid metal body is sintered.
Ein Unterschied zum konventionellen LTCC-Verfahren ist das Einlegen, worunter auch ein Einbetten zu verstehen ist, eines Metallvollkörpers oder voll-metallischen Körpers, beispiels- weise in Form eines massiven Drahts oder einer nicht ange- passten Leiterbahn. Durch den Einsatz eines Metallvollkörpers wird im Bauteil ein Leiter mit einem besonders geringen ohm- schen Widerstand ausgebildet. Unter einem Metallvollkörpers kann insbesondere ein metallischer Körper verstanden werden, welcher eigenständig handhabbar ist und insbesondere bereits bei seiner Bereitstellung seine gewünschten elektrischen und mechanischen Eigenschaften (z.B. seinen elektrischen Widerstandwert) aufweist. Das Verfahren ermöglicht eine Verbesserung der Güte von Bau¬ teilen, z.B. Spulen, die bei hoher Temperatur und unter hoher mechanischer Beanspruchung betrieben werden können. A difference from the conventional LTCC process is the insertion, which is also to be understood as embedding, of a solid metal body or a fully metallic body, for example in the form of a solid wire or an unadjusted conductor track. By using a solid metal body, a conductor with a particularly low ohmic resistance is formed in the component. A solid metal body may, in particular, be understood to mean a metallic body which can be handled independently and, in particular, already has its desired electrical and mechanical properties (eg its electrical resistance value) when it is provided. The method makes it possible to improve the quality of components , eg coils, which can be operated at high temperature and under high mechanical stress.
Derartige Bauteil und/oder das Verfahren gemäß der Erfindung mag beispielsweise für die Herstellung von Schaltungen für eine Maschinensteuerung und Sensorik eingesetzt werden. Ein Einsatz der Bauteile ist insbesondere im Bereich von Turbi¬ nen, Generatoren und Motoren vorteilhaft möglich, insbesondere auch in Bereichen, welche großen mechanischen Belastungen und/oder starken Schwingungen ausgesetzt sind. Eine Ausgestaltung des Bauteils ist es, dass mindestens ein Keramikgrünkörper aus zumindest zwei Lagen ausgebildet ist und der Metallvollkörper zwischen den Lagen angeordnet ist. Der Metallvollkörper kann so zumindest im Wesentlichen (z.B. mit Ausnahme von Bereichen zum elektrischen Anschluss) von den Lagen umgeben und zwischen diesen eingebettet sein. Bei dem Bauteil sind die im Bauteil so ausgebildeten Leiter daher ganz von keramischem Material umgeben. Such component and / or the method according to the invention may be used, for example, for the production of circuits for a machine control and sensor system. The application of these components is in particular in the range of Turbi ¬ NEN, generators and motors advantageously possible, in particular in areas that high mechanical loads and / or strong vibrations. An embodiment of the component is that at least one ceramic green body is formed from at least two layers and the solid metal body is arranged between the layers. The solid metal body may thus at least substantially (eg with the exception of areas for electrical connection) surrounded by the layers and embedded between them. In the case of the component, the conductors thus formed in the component are therefore completely surrounded by ceramic material.
Bei der Herstellung wird der Metallvollkörper dabei gemäß einer Weiterbildung auf eine Lage aufgelegt oder in eine Lage eingelegt oder hineingedrückt, bevor oder während die weitere Lage darauf gelegt oder gedrückt wird. During production, the solid metal body is placed on a layer according to a further development or inserted or pressed into a position before or while the further layer is placed or pressed thereon.
Eine andere Ausgestaltung ist es, dass zumindest eine der La¬ gen zumindest eine Ausnehmung aufweist oder in zumindest ei¬ ner der Lagen zumindest eine Ausnehmung ausgebildet wird und dass der Metallvollkörper in die zumindest eine Ausnehmung eingelegt wird. Solche Ausnehmungen mögen im Wesentlichen eine Negativform zu dem Verlauf des einzulegenden Metallvollkörpers oder Abschnitts davon aufweisen. Eine solche Ausneh¬ mung bietet vorteilhafterweise eine Führung, welche das Ein¬ legen des insbesondere als Draht ausgebildeten Metallvollkör- pers erleichtert und zugleich eine definierte Wicklungsstruk¬ tur sicherstellt. Another embodiment is that at least one of La ¬ gene has at least one recess or at least one recess is formed in at least ei ¬ ner of the layers, and that the solid metal body in which at least one recess is inserted. Such recesses may essentially have a negative shape relative to the course of the metal solid body or section thereof to be inserted. Such Ausneh ¬ tion advantageously provides a guide which pers relieved and at the same time ensuring the on ¬ place of particular formed as a wire Metallvollkör- a defined winding Struk ¬ ture.
Insbesondere ist es eine Ausgestaltung, dass zumindest eine der Lagen aus zumindest zwei Schichten besteht. Solche In particular, it is an embodiment that at least one of the layers consists of at least two layers. Such
Schichten können beispielsweise Folien sein, insbesondereLayers can be, for example, films, in particular
LTCC-Grünfolien . Für den Fall, dass die Schichten (insbesondere Grünfolien) laminiert sind oder worden sind, kann die Lage auch als ein "Laminat" oder "Teil-Laminat" bezeichnet werden . LTCC green films. In the event that the layers (especially green sheets) are or have been laminated, the layer may also be referred to as a "laminate" or "partial laminate".
Die zumindest eine Ausnehmung ist oder wird insbesondere in nur einem Teil der Schichten ausgebildet. Ein weiterer Unterschied zu einem konventionellen LTCC- Verfahren kann darin bestehen, dass der bevorzugte Lagenaufbau gemäß einer Weiterbildung sowohl vorlaminierte als auch geklebte Grenzflächen aufweisen kann. Ein Einsatz einer ge- mischten Laminier- und Klebetechnik ermöglicht es, mittels besonders einfacher Verfahrensschritte unterschiedlichste Bauteile je nach Bedarf mit verschiedensten Formen ausbilden zu können. Eine Klebung von Schichten aneinander oder Lagen aneinander kann beispielsweise durch Anlösen von LTCC- Grünfolien oder durch organische Kleber bzw. Klebefolien erfolgen, die z.B. bei einem folgenden Brennen oder Sintern ausbrennen können. The at least one recess is or will be formed in particular in only a part of the layers. Another difference to a conventional LTCC process may be that the preferred layer structure according to a further development may have both prelaminated and bonded interfaces. The use of a mixed lamination and bonding technique makes it possible to form a wide variety of components with very different shapes as required by means of particularly simple method steps. Adhesion of layers to one another or layers to one another can take place, for example, by dissolving LTCC green films or by organic adhesives or adhesive films which can burn out, for example, during subsequent firing or sintering.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die zumindest eine Aus- nehmung in der Lage durch Prägetechnik, durch mechanisches Fräsen oder durch Laser-Ablation ausgebildet wird. Solche Techniken ermöglichen eine Ausbildung der Ausnehmung mit einer hohen Präzision. Ferner ist es eine Ausgestaltung, dass die zumindest eineIt is also an embodiment that the at least one recess is able to be formed by embossing technology, by mechanical milling or by laser ablation. Such techniques enable formation of the recess with high precision. Furthermore, it is an embodiment that the at least one
Ausnehmung breiter ist als eine Breite des Metallvollkörpers. Insbesondere wird so zum Ausgleich einer Sinterschrumpfung und unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten die den Metallvollkörper, insbesondere Metalldraht, umgebende Ausneh- mung bzw. Kavität mit größerem Querschnitt versehen. Recess is wider than a width of the solid metal body. In particular, in order to compensate for a sintering shrinkage and different expansion coefficients, the recess or cavity surrounding the solid metal body, in particular metal wire, is provided with a larger cross section.
Eine Ausgestaltung ist es, dass in einen Raum, der den Metallvollkörper in der Ausnehmung umgibt, ein Opfermaterial (z.B. Graphit) gefüllt wird. So wird eine Möglichkeit zur me- chanischen Stabilisierung des Metallvollkörpers innerhalb der Ausnehmung oder Kavität bereitgestellt. Beispielsweise mag der Metallvollkörper als Draht zur mechanischen Stabilisierung innerhalb der Ausnehmung oder Kavität mit einem organischen Opfermaterial oder mit Graphit belegt sein oder davon umgeben sein, das während des Sinterns ausbrennt. Zur sinter¬ technischen Entkopplung und mechanischen Stabilisierung kann das Opfermaterial gemäß einer Weiterbildung inertes One embodiment is that a sacrificial material (eg graphite) is filled in a space surrounding the solid metal body in the recess. Thus, a possibility for mechanical stabilization of the solid metal body within the recess or cavity is provided. For example, as a wire for mechanical stabilization within the recess or cavity, the solid metal body may be coated with or surrounded by an organic sacrificial material or graphite that burns out during sintering. For sintering ¬ technical decoupling and mechanical stabilization, the sacrificial material according to a development inert
Keramikpulver, etwa Aluminiumoxid, enthalten, das den Draht in der Kavität dauerhaft fixiert. Das Opfermaterial mag vor oder nach dem Einlegen des Metallvollkörpers eingebracht wer¬ den. Ein solches Opfermaterial mag auch als ein „zu opferndes Stabilisierungsmaterial" bezeichnet werden. Ceramic powder, such as aluminum oxide, containing the wire Permanently fixed in the cavity. The sacrificial material may be introduced before or after the insertion of metal full body ¬ to. Such a sacrificial material may also be referred to as a "sacrificial stabilizer material".
Alternativ mag ein zum gleichen Zweck verwendetes Stabilisierungsmaterial verwendet werden, das nicht geopfert wird, son¬ dern in der Ausnehmung verbleibt. Ein solches Opfermaterial mag auch als ein „remanentes Stabilisierungsmaterial" be- zeichnet werden. Das remanente mag auch ein (für die Durch¬ führung des Verfahrens) inertes Material sein, beispielsweise Aluminiumoxid . Alternatively, a material used for the same purpose stabilizing material may be used which is not sacrificed, son ¬ countries remains in the recess. Such a sacrificial material may be characterized as a "retentive stabilizing material" loading. Retentive may also be a (for through ¬ out the method) inert material, such as aluminum oxide.
Das zu opfernde oder das remanente Stabilisierungsmaterial mag z.B. in Pasten- oder Pulverform eingebracht werden. The sacrificial or remanent stabilizing material may be e.g. be introduced in paste or powder form.
Das Stabilisierungsmaterial mag auch auf den Metallvollkörper aufgebracht werden, bevor dieser in mindestens einen The stabilizing material may also be applied to the solid metal body before it enters at least one
Keramikgrünkörper eingelegt wird. Das Stabilisierungsmaterial mag dabei insbesondere als eine Ummantelung eines Drahts auf¬ gebracht werden. Ceramic green body is inserted. The stabilizing material may thereby be placed in particular as a coating of a wire on ¬.
Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass der Metall¬ vollkörper so eingebracht wird, dass er sich in zumindest zwei Ebenen erstreckt, die beiden Ebenen durch zumindest eine der Lagen oder Schichten voneinander beabstandet sind und ein die Ebenen verbindender Leiter oder Abschnitt des Metallvollkörpers durch die zumindest eine Lage oder Schicht hindurch¬ geführt wird. Die Ebenen mögen insbesondere parallel zueinan- der ausgerichtet sein. Die Ebenen mögen insbesondere plane Ebenen sein. Insbesondere mag also ein erster Abschnitt des Metallvollkörpers eine erste Ebene bilden, ein zweiter Ab¬ schnitt des Metallvollkörpers eine zweite Ebene bilden usw. Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass auf oder in zumindest eine der Lagen oder zwischen mindestens zwei Lagen mindestens eine weitere Metallisierung durch Siebdruck eingebracht wird. Ein so gefertigtes Bauteil mag dadurch mindestens eine weite- re konventionell eingebrachte Metallisierungen aufweisen, die z.B. für andere Funktionen der Leiterplatte benötigt werden mag, jedoch für die mittels des Metallvollkörpers herzustel¬ lende Spule insbesondere nicht oder nicht unmittelbar rele- vant zu sein braucht. A further embodiment is that the metal ¬ full body is introduced so that it extends in at least two planes, the two planes are spaced from each other by at least one of the layers or layers and connecting the planes ladder or portion of the solid metal body through the at least a layer or layer is passed through ¬ . The levels may, in particular, be aligned parallel to one another. The levels may be in particular plane planes. In particular, therefore, a first portion of the metal solid body may define a first plane, a second Ab ¬ section of the metal solid body, a second level is formed, etc. A next embodiment is that on or in at least one of the layers or between at least two layers at least one further metallization by Screen printing is introduced. A component manufactured in this way may thereby at least Conventionally introduced metallizations have, for example, may be required for other functions of the circuit board, but in particular for the herzustel ¬ lende by means of the metal full-lende coil need not or not directly relevant.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass ein Draht als der Me¬ tallvollkörper eingelegt wird. Das Verfahren verbindet so insbesondere eine robuste mechanische Einbettung z.B. einer Spulenwicklung innerhalb eines thermisch stabilen It is also an embodiment that a wire is inserted as the Me ¬ tallvollkörper. The method thus combines, in particular, a robust mechanical embedding, for example, of a coil winding within a thermally stable one
Keramikkörpers mit dem insbesondere geringsten erzielbaren elektrischen Widerstand eines massiven Metalldrahtes.  Ceramic body with the least achievable electrical resistance of a solid metal wire.
Eine Ausgestaltung davon ist, dass ein Metalldraht, insbeson- dere ein Kupfer-, Molybdän-, und/oder Silberdraht, oder ein Draht aus einer, bevorzugt hochschmelzenden, Metalllegierungen als der Draht verwendet wird. Ein Silberdraht besitzt ei¬ nen spezifischen Widerstand von 1,6 χ 10-8 Ohm*m, was günsti¬ ger ist als es sich mit aus Silberpaste in LTCC-Technik her- gestellten Leiterbahnen erreichen lässt, die einen typischen spezifischen Widerstand von 3 χ 10~8 Ohm*m aufweisen. Folglich wird mit Silberdraht eine um ca. 50% gesteigerte Güte erreicht . Eine zusätzliche Ausgestaltung ist es, dass der Metallvoll¬ körper einen Querschnitt von 100 bis 200 ym aufweist. An embodiment of this is that a metal wire, in particular a copper, molybdenum, and / or silver wire, or a wire of a, preferably refractory, metal alloys is used as the wire. A silver wire has ei ¬ NEN specific resistance of 1.6 10-8 Ohm * m χ, which is günsti ¬ ger than can be achieved with manufacturing of silver paste in LTCC technology provided conductor tracks which χ a typical specific resistance of 3 10 ~ 8 ohm * m. Consequently, with silver wire increased by about 50% quality. An additional embodiment is that the metal body ¬ body has a cross section of 100 to 200 ym.
Eine weitere Ausgestaltung ist es, dass mindestens eine Lage und/oder mindestens eine Schicht des Keramikgrünkörpers ungesintertes Keramikpulver aufweisen bzw. daraus bestehen, insbesondere als mindestens ein Keramikgrünkörper ausgebildet ist. Der Metallvollkörpers wird dann in einen solchen A further embodiment is that at least one layer and / or at least one layer of the ceramic green body have or consist of unsintered ceramic powder, in particular as at least one ceramic green body. The solid metal body is then in such a
ungesinterten Keramikpulverköper eingelegt. Der unsintered Keramikpulverköper inserted. Of the
Keramikgrünkörper mag insbesondere als eine oder mehrere LTCC-Grünkörperfolien ausgebildet sein oder solche aufweisen. Dem Keramikgrünkörper können Zusätze wie Binder, Sinterhilfsmittel usw. zugegeben sein. Auch ist es eine Ausgestaltung, dass mindestens eine Lage und/oder mindestens eine Schicht des Keramikgrünkörpers teil¬ weise vorgesintertes Keramikpulver aufweist bzw. aus teilwei¬ se vorgesinterter Keramik (insbesondere aus oder mit teilwei- se vorgesintertem Keramikpulver) bestehen. Dies kann beispielsweise durch teilweises Sintern mindestens eines Ceramic green bodies may in particular be in the form of or have one or more LTCC green-body films. Additives such as binders, sintering aids, etc. may be added to the ceramic green body. Also, there is an embodiment that at least one position and / or at least one layer of the ceramic green body part ¬ as presintered ceramic powder comprises or from teilwei ¬ se presintered ceramics (in particular from or with teilwei- se presintered ceramic powders) are made. This can be done, for example, by partially sintering at least one
Keramikgrünkörpers erreicht werden. Das vorgesinterte Ceramic green body can be achieved. The pre-sintered
Keramikpulver bzw. der vorgesinterte Keramikkörper sind noch nicht vollständig gesintert. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass eine Sinterschrumpfung der mindestens einen Lage und/oder der mindestens einen Schicht nach Einlegen des Metallvollkörpers verringert werden kann. Eine Verspannung im Umfeld des Metallvollkörpers infolge der Sinterschrumpfung der keramischen Lage (n) und/oder Schicht (en) kann somit durch teilweises Vorsintern der Lagen, insbesondere Teillaminate, reduziert werden, da diese dann bereits vor dem Einlegen des Drahtes erheblich geschrumpft sind. Ceramic powder or the pre-sintered ceramic body are not yet completely sintered. This embodiment has the advantage that a sintering shrinkage of the at least one layer and / or the at least one layer can be reduced after inserting the solid metal body. A strain in the vicinity of the solid metal body as a result of the sintering shrinkage of the ceramic layer (s) and / or layer (s) can thus be reduced by partial presintering of the layers, in particular partial laminates, since these are then shrunk considerably before the wire is inserted.
Ein teilweise vorgesinterter Keramikgrünkörper mag insbeson- dere so weit gesintert zu sein, dass er selbsttragend ist.In particular, a partially pre-sintered ceramic green body may be so sintered that it is self-supporting.
Auch mögen die organischen Bestandteile eines zugrundeliegenden Grünkörpers wie Binder, Dispergiermittel usw. bereits ausgebrannt und damit nicht mehr vorhanden zu sein. Ein teilweise vorgesinterter Keramikgrünkörper mag insbesondere eine Dichte von mindestens 5%, insbesondere von mindes¬ tens 10%, insbesondere von mindestens 15%, insbesondere von mindestens 20%, insbesondere von mindestens 25%, insbesondere von mindestens 30%, insbesondere von mindestens 35%, insbe- sondere von mindestens 40%, insbesondere von mindestens 45%, insbesondere von mindestens 50%, insbesondere von mindestens 55%, insbesondere von mindestens 60%, insbesondere von min¬ destens 65%, insbesondere von mindestens 70%, im Vergleich zu einem voll durchgesinterten Körper mit einer theoretischen Dichte von 100% aufweisen. Also, the organic constituents of an underlying green body such as binders, dispersants, etc. may already be burned out and thus no longer present. A partially pre-sintered ceramic green body may in particular a density of at least 5%, particularly from Minim ¬ least 10%, especially at least 15%, especially at least 20%, especially at least 25%, especially at least 30%, especially at least 35% , in particular of at least 40%, especially at least 45%, especially at least 50%, especially at least 55%, especially at least 60%, particularly min ¬ least 65%, especially at least 70%, as compared a fully sintered body having a theoretical density of 100%.
Ein teilweise vorgesinterter Keramikgrünkörper mag insbesondere eine Dichte von nicht mehr als 85%, insbesondere von nicht mehr als 80%, insbesondere von nicht mehr als 75~6 , ins besondere von nicht mehr als 70%, insbesondere von nicht mehr als 65%, insbesondere von nicht mehr als 60%, insbesondere von nicht mehr als 55%, insbesondere von nicht mehr als 50%, insbesondere von nicht mehr als 45%, insbesondere von nicht mehr als 40%, insbesondere von nicht mehr als 35%, insbeson¬ dere von nicht mehr als 30%, insbesondere von nicht mehr als 25%, insbesondere von nicht mehr als 20%, insbesondere von nicht mehr als 15%, insbesondere von nicht mehr als 10 ~6 , im Vergleich zu einem voll durchgesinterten Körper aufweisen. A partially pre-sintered ceramic green body may in particular have a density of not more than 85%, in particular of not more than 80%, in particular not more than 75-6, in particular not more than 70%, in particular not more than 65%, in particular not more than 60%, in particular not more than 55%, in particular not more than 50%, particularly not more than 45%, particularly not more than 40%, in particular of not more than 35%, insbeson ¬ particular of not more than 30%, particularly not more than 25%, in particular of not more than 20%, in particular not more than 15%, in particular not more than 10 ~ 6, compared to a fully sintered body.
Ein teilweise vorgesinterter Keramikgrünkörper mag insbesondere bereits eine Schrumpfung von mindestens 25%, insbesonde¬ re von mindestens 30%, insbesondere von mindestens 35~6 , ins besondere von mindestens 40%, insbesondere von mindestensA partially pre-sintered ceramic green body may already particular a shrinkage of at least 25%, insbesonde ¬ re of at least 30%, particularly of at least 35 -6, in particular at least 40%, especially at least
45%, insbesondere von mindestens 50%, insbesondere von min¬ destens 55%, insbesondere von mindestens 60%, insbesondere von mindestens 65%, insbesondere von mindestens 70%, im Ver¬ gleich zu einem voll durchgesinterten Körper durchlaufen ha- ben bzw. aufweisen. Ben 45%, especially at least 50%, particularly min ¬ least 55%, especially at least 60%, especially at least 65%, especially at least 70%, ¬ realized in Ver equal to a full body completely sintered HA or exhibit.
Ein teilweise vorgesinterter Keramikgrünkörper mag insbesondere bereits eine Schrumpfung von nicht mehr als 65%, insbe¬ sondere von nicht mehr als 60%, insbesondere von nicht mehr als 55%, insbesondere von nicht mehr als 50%, insbesondere von nicht mehr als 45%, insbesondere von nicht mehr als 40%, insbesondere von nicht mehr als 35%, insbesondere von nicht mehr als 30%, insbesondere von nicht mehr als 25%, im Ver¬ gleich zu einem voll durchgesinterten Körper durchlaufen ha- ben bzw. aufweisen. A partially pre-sintered ceramic green body may in particular even a shrinkage of not more than 65%, in particular ¬ sondere of not more than 60%, particularly not more than 55%, particularly not more than 50%, in particular of not more than 45%, in particular of not more than 40%, in particular of not more than 35%, in particular of not more than 30%, in particular not more than 25%, in comparison to a solid sintered body.
Bereitgestellt werden so insbesondere induktive Bauteile er¬ höhter Güte für einen Einsatz bei auch hoher Temperatur, wobei solche Bauteile auch mindestens einen elektrischen Leiter mit einer besonders hohen Leitfähigkeit aufweisen. Are provided as in particular inductive components he ¬ höhter quality for use at high temperature also, and such components also comprise at least one electrical conductor with a particularly high conductivity.
Die vorstehenden Erläuterungen betreffend das Verfahren gelten für das Bauteil als eine Vorrichtung entsprechend. Das Bauteil kann analog zu dem Verfahren ausgebildet werden und ergibt die gleichen Vorteile. The above explanations regarding the method apply to the component as a device accordingly. The Component can be formed analogously to the method and gives the same advantages.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszei¬ chen versehen sein. The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following schematic description of an embodiment which will be described in detail in conjunction with the drawings. The same or equivalent elements can be provided with the same Bezugszei ¬ Chen for clarity.
FIG.l zeigt Komponenten zum Herstellen eines insbesondere induktiven Bauteils; und FIG.l shows components for producing a particular inductive component; and
FIG.2 zeigt Verfahrensschritte zum Herstellen des insbe¬ sondere induktiven Bauteils. 2 shows method steps for manufacturing the in particular ¬ sondere inductive component.
FIG.l zeigt Komponenten zum Herstellen eines insbesondere in- duktiven Bauteils, bei dessen Herstellung in einen FIG.l shows components for producing a particular inductive component, in its manufacture in a
Keramikgrünkörper 10 ein Metallvollkörper in Form eines metallischen Drahts 27, insbesondere Silberdrahts, insbesondere eines runden Drahts 27, eingelegt wird und folgend die Anord¬ nung aus dem Keramikgrünkörper 10 und dem Draht 27 gesintert wird. Der Metallvollkörper 27 erstreckt sich über mehrere Lagen des Keramikgrünkörpers 10, um einen durchgängig niedrigen Serienwiderstand gleichzeitig mit externen elektrischen An¬ schlüssen herzustellen. Beispielsweise geschieht das in Form von vertikalen Durchkontaktierungen 30 oder zuführenden Lei- tungselementen 29,32 durch den Metallformkörper 27, der sich über mehrere Lagen des Keramikgrünkörpers 10 erstreckt. Ceramic green body 10 a metal solid body in the form of a metallic wire 27, in particular silver wire, in particular a round wire 27, is inserted and following the Anord ¬ tion of the ceramic green body 10 and the wire 27 is sintered. The solid metal body 27 extends over a plurality of layers of the ceramic green body 10 to form a continuous low series resistance simultaneously with external electrical An ¬ circuits. For example, this occurs in the form of vertical plated-through holes 30 or feeding line elements 29, 32 through the metal shaped body 27, which extends over a plurality of layers of the green ceramic body 10.
Der Metallvollkörper 27 umfasst zumindest eine Lage 31 und eine senkrecht dazu verlaufende Durchkontaktierung 30. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Me¬ tallvollkörper 27 zwei Lagen mit Anschlüssen 29 und 32 mit Durchkontaktierung 30. Ein Draht im Sinne der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen runden Draht beschränkt, sondern umfasst vielmehr auch ellipsoide und eckige Formen eines Drahtes, ist nur von der Folie dadurch klar abgegrenzt, das seine Längenausdehnung ge- genüber der Querschnittsausdehnung erheblich, also drahtähnlich ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise die Dicke und die Breite des Drahtes in ähnlicher Größenordnung liegen. The solid metal body 27 includes at least one ply 31 and extending perpendicular thereto through connection 30. In the example shown in Figure 1 embodiment of the Me ¬ tallvollkörper two layers 27 with terminals 29 and 32 via 30 comprises. A wire in the sense of the present invention is not limited to a round wire, but rather also includes ellipsoidal and angular forms of a wire, is clearly delimited only by the film that its length extension compared to the cross-sectional dimension considerably, ie wire-like. This means that, for example, the thickness and the width of the wire are of similar magnitude.
Der Keramikgrünkörper 10 wird aus beispielhaft drei separaten Lagen 11, 12, 13 zusammengesetzt. Die Lagen 11, 12, 13 sind hier beispielhaft aus einem grünkeramischen Material ausge¬ bildet. Die Lagen 11, 12, 13 weisen eine flächige oder plane Erstreckung und insbesondere eine zueinander gleiche Außenkontur auf. Die Lagen 11 bis 13 können schichtförmig als LTCC-Grünfolien ausgebildet sein. The ceramic green body 10 is composed of, by way of example, three separate layers 11, 12, 13. The layers 11, 12, 13 are here exemplified from a green ceramic material ¬ forms. The layers 11, 12, 13 have a planar or planar extension and in particular a mutually identical outer contour. The layers 11 to 13 may be formed in layers as LTCC green sheets.
Die erste bzw. untere Lage 11 besteht aus z.B. drei Schichten 14, 15, 16. Dabei sind die beiden unteren Schichten 14, 15 vollflächig geschlossen und bilden einen Boden. Die obere Schicht 16 weist zumindest eine Ausnehmung 17 auf. Die Aus¬ nehmung 17 erstreckt sich insbesondere bis zu der darunter liegenden Schicht 15. Die Ausnehmung 17 hat im Wesentlichen eine Form einer Negativkontur einer Spulenwicklung eines Drahts oder ermöglicht das Einlegen des Drahtes 27 in Form einer Wicklung. The first or lower layer 11 consists of, for example, three layers 14, 15, 16. In this case, the two lower layers 14, 15 are closed over the entire surface and form a bottom. The upper layer 16 has at least one recess 17. The off ¬ recess 17 extends preferably up to the underlying layer 15. The recess 17 has essentially a shape of a negative contour of a coil winding of a wire or allows the insertion of the wire 27 in the form of a winding.
In der Ebene der flächigen Erstreckung dieser Schicht 16 führt ein Abschnitt der Ausnehmung 17 als eine Ausnehmungs- verlängerung 18 bis zum Außenumfang der Schicht 16, z.B. für einen elektrischen Anschluss. In the plane of the planar extent of this layer 16, a portion of the recess 17 extends as a recess extension 18 to the outer periphery of the layer 16, e.g. for an electrical connection.
Die zweite Lage 12 besteht aus drei Schichten 19, 20, 21. Da¬ bei sind die beiden unteren Schichten 19, 20 im Wesentlichen vollflächig geschlossen. Die obere Schicht 21 weist zumindest eine Ausnehmung 22 auf. Die Ausnehmung 22 erstreckt sich insbesondere bis zu der darunter liegenden Schicht 20. Die Aus¬ nehmung 22 hat im Wesentlichen eine Form einer Negativkontur einer Spulenwicklung eines Drahts oder ermöglicht das Einle- gen eines Drahtes in Form einer Wicklung. Die erste Lage 11 und die zweite Lage 12 können insbesondere gleich aufgebaut sein . Alternativ können die Lagen 11 und/oder 12 auch eine andere Zahl von Schichten aufweisen, beispielsweise vier Schichten, von denen beispielsweise zwei übereinander liegende Schichten eine gleiche Ausnehmung aufweisen können. Die Ausnehmungen 17, 22 ermöglichen insbesondere das Einlegen des insbesondere nicht isolierten Drahts 27 in Form im We¬ sentlichen spiralförmiger Wicklungen. The second layer 12 consists of three layers 19, 20, 21. Since ¬ the two lower layers 19, 20 are substantially closed over the entire surface. The upper layer 21 has at least one recess 22. The recess 22 extends in particular up to the underlying layer 20. For ¬ recess 22 has essentially allows a shape of a negative contour of a coil winding of a wire or the Einle- gene of a wire in the form of a winding. The first layer 11 and the second layer 12 may in particular be of the same design. Alternatively, the layers 11 and / or 12 may also have a different number of layers, for example four layers, of which, for example, two superimposed layers may have a same recess. The recesses 17, 22 allow in particular the insertion of the particular non-insulated wire 27 in the form of We ¬ sentlichen spiral-shaped windings.
In der Ebene der Erstreckung dieser Schicht 21 führt ein Ab- schnitt der Ausnehmung 22 als eine Ausnehmungsverlängerung 23 bis zum Außenumfang der Schicht 21. In the plane of extension of this layer 21, a section of the recess 22 leads as a recess extension 23 to the outer circumference of the layer 21.
Durch die zweite Lage 12, insbesondere durch die beiden unte¬ ren Schichten 25, 26 der zweiten Lage 12 führt zumindest eine Durchtrittsöffnung 24. Die Durchtrittsöffnung 24 bildet einen Durchlass zur Durchführung einer elektrisch leitfähigen Verbindung von der Unterseite der Lage 12 zu der Oberseite der darunter liegenden Lage 11. Insbesondere verbindet die By the second layer 12, in particular by the two unte ¬ ren layers 25, 26 of the second layer 12 at least one passage opening leads 24. The passage opening 24 forms a passage for carrying an electrically conductive connection from the underside of the sheet 12 to the top of including lying position 11. In particular, connects the
Durchtrittsöffnung 24 einen Abschnitt der Ausnehmung 17 in der darunter liegenden Lage 11 mit der Ausnehmung 22 in dieser Lage 12. Die Durchtrittsöffnung verläuft insbesondere in einer Ebene A-B-C-D quer zur Ausrichtung der Lagen 11 bis 13. Passage opening 24 a portion of the recess 17 in the underlying layer 11 with the recess 22 in this layer 12. The passage opening extends in particular in a plane A-B-C-D transverse to the orientation of the layers 11 to 13th
Die obere Lage 13 besteht aus z.B. zwei Schichten 25, 26. Diese Schichten 25, 26 sind vollflächig geschlossen und bilden einen Deckel aus. The upper layer 13 consists of e.g. two layers 25, 26. These layers 25, 26 are closed over the entire surface and form a lid.
Bei der Montage wird der Draht zwischen den Lagen 11 bis 13 eingelegt . During assembly, the wire is inserted between the layers 11 to 13.
Ein Leiterende 29 des Drahts führt durch die Ausnehmungsver¬ längerung 18 vom Rand oder von außerhalb der obersten Schicht 16 der unteren Lage 11 in die Ausnehmung 17 hinein. Das Lei- terende 29 dient zur elektrischen Kontaktierung . Vom Leiterende 29 geht der Draht in eine Wicklung 28 über, welche von der Ausnehmung 17 aufgenommen ist. Im weiteren Verlauf des Drahts ist der Draht der A head end 29 of the wire leads into the recess 17 of the lower layer 16 by 11 Ausnehmungsver ¬ prolongation 18 from the edge or outside of the top layer. The loan terende 29 is used for electrical contact. From the conductor end 29 of the wire goes into a winding 28, which is received by the recess 17. In the further course of the wire, the wire is the
Durchtrittsöffnung 24 benachbart nach oben bzw. in Richtung der zweiten Lage 12 insbesondere senkrecht gebogen oder abge¬ winkelt. Der Draht 27 führt von der Wicklung 28 als Leiterab¬ schnitt 30 durch diese benachbarte Lage 12 hindurch. Aus der Durchtrittsöffnung 24 heraustretend ist der Draht 27 erneut gebogen oder abgewinkelt und führt in die Ausnehmung 22 die¬ ser Lage 12. Der Draht 27 bildet also zumindest abschnitts¬ weise zwei plane, parallel zueinander versetzte Ebenen, die in die Ausnehmungen 17 bzw. 22 eingelegt sind. Passage opening 24 adjacent upward or in the direction of the second layer 12 in particular bent vertically or abge ¬ angles. The wire 27 leads from the winding 28 as Leiterab ¬ section 30 through this adjacent layer 12 therethrough. From the passage opening 24 heraustretend the wire 27 is bent or angled again and leads into the recess 22 ¬ this layer 12. The wire 27 thus forms at least section ¬ two planar, parallel staggered planes in the recesses 17 and 22nd are inserted.
Die Ausnehmung 22 ist so geformt, dass der Draht unter Aus¬ bildung einer Wicklung 31 durch die Ausnehmung 22 führt. Vom Ende der Wicklung 31 führt ein Leiterende 32 des Drahts 27 durch die Ausnehmungsverlängerung 23. Das Leiterende 32 dient zur Kontaktierung. The recess 22 is shaped so that the wire leads under Aus ¬ education of a winding 31 through the recess 22. From the end of the winding 31 leads a conductor end 32 of the wire 27 through the recess extension 23. The conductor end 32 is used for contacting.
In einem freien Raum zwischen Wandungen der Ausnehmungen 17, 22 und dem Draht befindet sich ein Opfermaterial 33. FIG.2 zeigt Verfahrensschritte zur Herstellung des In a free space between walls of the recesses 17, 22 and the wire is a sacrificial material 33. FIG. 2 shows method steps for the production of the
Keramikgrünkörpers 10 aus solchen Komponenten. Ceramic green body 10 of such components.
Bei einem ersten Verfahrensschritt 41 wird die erste Lage 11 bereitgestellt. Der Draht 27 wird dann in die Ausnehmungsver- längerung 18 gelegt und in Form einer Wicklung in die Ausnehmung 17 geführt oder eingelegt, ggf. unter Biegung. In a first method step 41, the first layer 11 is provided. The wire 27 is then placed in the recess extension 18 and guided or inserted in the form of a winding in the recess 17, possibly under bending.
Im nächsten Verfahrensschritt 42 wird die zweite Lage 12 be¬ reitgestellt und auf diese erste Lage 11 aufgelegt. In the next process step 42 the second layer 12 will be riding ¬ provided and placed on this first sheet. 11
Wenn, wie dargestellt, mehrere zueinander parallele Wicklun¬ gen 28, 31 (entsprechend den Ebenen) ausgebildet werden sol¬ len, wird der in der ersten Lage 11 eingelegte Draht im Be- reich der Durchtrittsöffnung 24 um etwa 90° abgebogen. Beim Aufkleben der zweiten Lage 12 auf die erste Lage 11 wird der Draht durch die Durchtrittsöffnung 24 der zweiten Lage 12 geführt . If, are formed as shown a plurality of mutually parallel Wicklun ¬ gen 28, 31 (corresponding to the layers) sol ¬ len, the inserted layer 11 in the first wire is in the loading rich of the passage opening 24 bent by about 90 °. When gluing the second layer 12 to the first layer 11, the wire is passed through the passage opening 24 of the second layer 12.
Nachfolgend wird der Draht 27 wie beim ersten Verfahrens¬ schritt 41 in die Ausnehmung 22 der zweiten Lage 12 eingelegt. Das freie Leiterende 32 wird durch die Ausnehmungsver- längerung 23 geführt. Subsequently, the wire 27 as in the first method will be ¬ step 41 inserted into the recess 22 of the second layer twelfth The free conductor end 32 is guided through the recess extension 23.
Danach wird, wenn keine weitere Wicklung auszubilden ist, die dritte Lage 13 auf die zweite Lage 12 aufgeklebt, so dass die Ausnehmung 22 mit dem Draht abgedeckt wird. Bevorzugt wird vor dem Auflegen der zweiten Lage 12 auf die erste Lage 11 und vor dem Auflegen der dritten Lage 13 auf die zweite Lage 12 das Opfermaterial 33 in den jeweils freien Raum zwischen den Wandungen der Ausnehmungen 17, 22 und dem Draht 27 eingebracht. Thereafter, if no further winding is to be formed, the third layer 13 adhered to the second layer 12, so that the recess 22 is covered with the wire. Preferably, before placing the second layer 12 on the first layer 11 and before placing the third layer 13 on the second layer 12, the sacrificial material 33 is introduced into the respective free space between the walls of the recesses 17, 22 and the wire 27.
In einem dritten Verfahrensschritt 43 wird die gesamte Anord¬ nung aus den zusammengesetzten Lagen 11 bis 13 und dem zwischen diesen eingelegten Draht verpresst bzw. laminiert und gebrannt bzw. gesintert. Dadurch kann aus den Lagen 11 bis 13 insbesondere ein Keramikkörper mit einer theoretischen Dichte von mindestens 95%, insbesondere von mindestens 98%, insbe¬ sondere von mindestens 99%, insbesondere von mindestens In a third method step 43, the entire Anord ¬ voltage from the composite sheets 11 to 13 and the sintered pressed or laminated and fired between these inserted wire or is. Thereby, from the positions 11 to 13 in particular, a ceramic body having a theoretical density of at least 95%, especially at least 98%, in particular ¬ sondere of at least 99%, especially at least
99,5%, erreicht werden. Das Ausführungsbeispiel zeigt somit schematisch den Aufbau einer eingebetteten Drahtspule. Sie ist aus den drei Lagen 11 bis 13 aufgebaut, die jeweils aus mehreren Schichten ausge¬ bildet sind und die auch bei Lamination der Schichten als "Teil-Laminate" angesehen werden kann. Die Schichten bestehen bevorzugt aus keramischen Grünfolien, beispielsweise LTCC- Folien . Sofern beim Bereitstellen der Lagen 11, 12 keine Ausnehmungen 17, 22 in den Lagen ausgebildet sind, werden die Ausnehmungen 17, 22 in den Lagen 11, 12 jeweils auf der Oberseite eingearbeitet, insbesondere als Gräben gefräst. Die Ausnehmungen 17, 22 sind bevorzugt so breit und tief, dass der Draht, insbe¬ sondere Metalldraht der Spule, beispielsweise ein Silberdraht von 100 bis 200μη Durchmesser in die Ausnehmungen 17, 22 eingelegt werden kann. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung geht für mechanisch und thermisch hoch beanspruchte Spulen von LTCC-technisch hergestellten eingebetteten Spulenwindungen aus, ersetzt aber siebgedruckte Windungen durch einen massiven metallischen Draht, beispielsweise aus Silber, als dem Metallvollkörper. Im Vergleich zur druckbaren Paste besitzt er die doppelte spezifische Leitfähigkeit. Die Herstellung einer eingebette¬ ten Drahtspule beginnt bevorzugt mit Lagen aus Teillaminaten als Schichten aus wenigen (beispielsweise zwei, drei oder vier) LTCC-Grünfolien . Dem angestrebten Windungslayout ent- sprechend wird ein z.B. spiralförmig verlaufender Graben als Ausnehmung in der Oberfläche jeder Lage (insbesondere jedes Teil-Laminats) so erzeugt, dass er den vollen Drahtquer¬ schnitt aufnehmen kann, beispielsweise mit einer Grabentiefe von ein oder zwei LTCC-Grünfolien . An den Windungsenden wird der Graben insbesondere entweder bis zum Rand der Leiterplat¬ te verlängert, um eine DrahtZuleitung aufzunehmen, oder es wird eine vertikale durchgehende Bohrung als Durchgangsöff¬ nung des Teillaminats gesetzt, so dass der Draht auf die nächsthöhere Lage bzw. Lage der nächsten Ebene gefädelt wer- den kann. 99.5%, can be achieved. The embodiment thus shows schematically the structure of an embedded wire coil. It is composed of the three layers 11 to 13, which are ¬ forms each of a plurality of layers and which can also be viewed in lamination of the layers as a "partial Laminate". The layers are preferably made of ceramic green films, for example LTCC films. If, when the layers 11, 12 are provided, no recesses 17, 22 are formed in the layers, the recesses 17, 22 in the layers 11, 12 are respectively incorporated on the upper side, in particular milled as trenches. The recesses 17, 22 are preferably so wide and deep that the wire, in particular ¬ special metal wire of the coil, for example, a silver wire of 100 to 200μη diameter in the recesses 17, 22 can be inserted. A particularly preferred development is for mechanically and thermally highly stressed coils of LTCC-technically produced embedded coil turns, but replaces screen printed coils by a solid metallic wire, for example of silver, as the solid metal body. Compared to the printable paste, it has twice the specific conductivity. The preparation of a turned bed ¬ ten wire coil preferably begins with layers of laminates as part of a few layers (e.g., two, three or four) LTCC green tapes. Accordingly the desired Windungslayout an example spirally extending trench (particularly each partial laminate) is generated as a recess in the surface of each layer so that it can accommodate the full wire cross ¬ cut, for example with a grave depth of one or two LTCC green sheets , The trench is particularly extended either to the edge of the printed ¬ te to receive a wire lead to the winding ends, or it is set to a vertical through hole as Durchgangsöff ¬ voltage of the partial laminate, so that the wire to the next position or location of the next Level can be threaded.
Im nächsten Prozessschritt dieser besonders bevorzugten Wei¬ terbildung mag der metallische Draht zur Ausbildung der Spulenwicklung insbesondere in den Graben der untersten Lage eingelegt werden. Am Grabenende wird er z.B. senkrecht zurIn the next process step of this particularly preferred Wei ¬ terbildung the metallic wire for forming the coil winding may be inserted in particular into the groove of the lowermost layer. At the end of the trench, for example, it becomes perpendicular to the
Lagenebene abgewinkelt und durch die Öffnung der nächsten La¬ ge gefädelt. Diese wird mit einem organischen Kleber auf der unteren Lage angeklebt. Anschließend können sich die Schritte wiederholen: Verlegen des Metalldrahtes im Graben der Lage und z.B. Aufkleben der nächsten Lage bis die gewünschte Windungszahl der Spule erreicht ist. In einem letzten Prozessschritt werden die insbesondere verklebten Lagen mit dem ein- gelegten Metalldraht fertiggesintert. Angled layer level and threaded through the opening of the next La ¬ ge. This is glued with an organic adhesive on the bottom layer. Subsequently, the steps can Repeat: Laying the metal wire in the trench of the layer and eg gluing the next layer until the desired number of turns of the coil is reached. In a final process step, the particular bonded layers are finally sintered with the inserted metal wire.
Eine Spule hoher Güte hat in der Regel einen kleinen Widerstand bei hoher Induktivität, ist also für Heizungen, die ei¬ nen hohen Ohm' sehen Widerstand erfordern, generell nicht ge- eignet. A coil of high quality usually has so little resistance at high inductance, for heaters that ei ¬ nen high ohmic resistance seen require generally not suitable overall.
Hier zeigt sich insbesondere der Vorteil der vorliegenden Erfindung, der in dem niederohmigen Draht runden Querschnitts zu finden ist, wohingegen eine Einbettung flacher Metallfoli- en keine dreidimensionale Struktur des Metallkörpers, also auch keine spiral-, schraubenförmige Spulenwicklung ergeben kann. Insbesondere ist mit dem hier offenbarten Draht auch eine integrierte Spulenwicklung möglich. Obwohl die Erfindung im Detail durch das mindestens eine ge¬ zeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. This shows in particular the advantage of the present invention, which can be found in the low-resistance wire of round cross-section, whereas an embedding of flat metal foils can not result in a three-dimensional structure of the metal body, ie also in a helical, helical coil winding. In particular, an integrated coil winding is also possible with the wire disclosed here. Although the invention in detail by a ge ¬ showed embodiment has been illustrated and described in detail at least, so the invention is not limited to this and other variations can be derived therefrom by the skilled artisan without departing from the scope of the invention.
Die Darstellung der Wicklungen 28, 31 zwischen den Lagen 11 und 12 bzw. 12 und 13 deutet den späteren Verlauf des Drahtes in den Ausnehmungen an. Zur Vereinfachung und ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist eine rechteckige Wicklungsform dargestellt. Runde, ovale, elliptische und andere Formen sind in gleicher Weise realisierbar. The representation of the windings 28, 31 between the layers 11 and 12 or 12 and 13 indicates the later course of the wire in the recesses. For simplicity and without limitation of generality, a rectangular winding shape is shown. Round, oval, elliptical and other shapes are equally feasible.
In der Ebene A-B-C-D enthält die Lage 12 eine Öffnung, durch die der Draht nach Belegung der ersten Lage 11 gefädelt wird. Auch mag anstelle eines einzigen durchgehenden Drahts ein mehrteiliger Metallvollkörper eingesetzt werden, dessen einzelne Abschnitte elektrisch leitfähig miteinander verbunden werden . Der Metallvollkörper kann nicht nur aus einem leicht biegbaren Draht mit rundem Querschnitt ausgebildet sein, sondern mag auch einen nicht-runden Querschnitt aufweisen. Als der Metallvollkörper mag anstelle eines biegbaren Drahts auch ein zumindest abschnittweise starrer, insbesondere strukturiert geformter starrer, Metallkörper eingesetzt werden. In the plane ABCD, the layer 12 includes an opening through which the wire is threaded after occupying the first layer 11. Also, instead of a single continuous wire, a multi-part solid metal body may be used, the individual portions of which are electrically conductively connected together. The solid metal body may not only be formed of an easily bendable wire having a round cross section, but may also have a non-round cross section. As the solid metal body may be used instead of a bendable wire and at least partially rigid, in particular structured shaped rigid metal body.
Die elektrischen Anschlüsse der Spule sind hier als freie Draht- bzw. Leiterenden 29, 32 ausgebildet, die den zusammengesetzten Mehrlagen-Keramikkörper seitlich verlassen. Weitere Ausführungsformen, beispielsweise lötbare Drahtenden insbesondere in Gräben auf der Unterseite der ersten Lage 11 sind, möglich. Dazu mögen dann eine oder mehrere The electrical connections of the coil are formed here as free wire or conductor ends 29, 32, which leave the composite multilayer ceramic body laterally. Further embodiments, for example, solderable wire ends, in particular in trenches on the underside of the first layer 11, are possible. For this, one or more may like it
Durchtrittsöffnungen durch die erste Lage 11 hindurchführen, durch die die freien Leiterenden zur Außenseite der ersten Lage 11 führen. Pass through openings through the first layer 11 through which lead the free conductor ends to the outside of the first layer 11.
Des Weiteren können mehr oder weniger Spiralwindungen pro Bauteil oder Lage und mehr oder weniger Lagen innerhalb des Bauteils ausgebildet werden. Nach Belegung der zweiten Lage 12 wird die dritte Lage 13 als Deckel aufgelegt. Vor dem Auf¬ legen des Deckels können aber auch noch weitere zwischen die unterste Lage und die den Deckel ausbildende oberste Lage eingelegt werden, um eine größere Anzahl an Wicklungen herzu¬ stellen . Furthermore, more or fewer spiral turns per component or layer and more or fewer layers can be formed within the component. After occupying the second layer 12, the third layer 13 is placed as a lid. Before to put the lid ¬ but also other between the lowermost layer and the cover forming the top layer can be inserted to provide a greater number of windings near, ¬.
Auch mag eine Anzahl der Lagen und der Schichten pro Lage größer oder kleiner sein. Auch mag eine Ausnehmung durch mehr als eine Schicht hindurchführen. Zudem kann mehr als ein Metallvollkörper in dem Keramikgrünkörper eingebettet sein, um so z.B. mehrere nebeneinander angeordnete Spulen auszubilden. Also, a number of layers and layers per layer may be larger or smaller. Also, a recess may pass through more than one layer. In addition, more than one solid metal body may be embedded in the ceramic green body so as to be e.g. form a plurality of juxtaposed coils.
Neben vollflächig geschlossenen oberen Schichten der oberen Lage und/oder vollflächig geschlossenen unteren Schichten der unteren Lage können solche Schichten auch durch diese In addition to full-surface closed upper layers of the upper layer and / or full-surface closed lower layers of the lower layer, such layers can also through these
hindurchführende Öffnungen aufweisen, um ein Leiterende zur Kontaktierung herauszuführen. Anstelle eines Auflegens einer der Lagen 12, 13 auf eine an¬ dere der Lagen 11 bzw. 12 können die Lagen auch aufgeklebt werden. Ferner ist ein Aneinanderpressen der aufeinanderge- legten Lagen möglich. Having openings therethrough to lead out a conductor end for contacting. Instead of placing one of the layers 12, 13 on one of ¬ the other layers 11 and 12, the layers can also be glued. Furthermore, a juxtaposition of the superimposed layers is possible.
Neben einer Ausbildung der Ausnehmungen 17, 22, in die der Draht eingelegt wird, mag der Draht auch nur auf eine solche Lage aufgelegt und vor oder bei dem Aufsetzen der weiteren Lage in zumindest diese Lage eingedrückt werden. In addition to a formation of the recesses 17, 22, in which the wire is inserted, the wire may also be placed only on such a position and be pressed before or at the touchdown of the further layer in at least this position.
Soweit Bezug auf die zeichnerisch dargestellten Richtungen "oben" und "unten" genommen wird, so mag eine solche Orientierung vorteilhaft für die Montage sein, dient jedoch insbe- sondere zur Vereinfachung der Beschreibung und schließt für die einzelnen beschriebenen Komponenten eine andere Ausrichtung im Raum nicht aus. Selbiges gibt für die Zahl- Bezeichnungen wie „erste", „zweite" und „dritte", die ledig¬ lich zur Unterscheidung der Komponenten des konkreten Ausfüh- rungsbeispiels dienen, aber keine zwingende Festlegung auf den Zahlenwert bezüglich anderer Ausgestaltungen haben. As far as reference is made to the directions "top" and "bottom" shown in the drawing, such an orientation may be advantageous for the assembly, but serves in particular to simplify the description and does not exclude a different orientation in space for the individual components described out. The same are terms such as "first", "second" and "third," the single ¬ manner serve to distinguish the components of the concrete exemplary embodiment, but not a necessary requirement for the numerical value with respect to other embodiments have for the Agent.
Die Erfindung betrifft ein induktives Bauteil mit einer hohen elektrischen Güte und einer guten Temperaturbeständigkeit. Es wird vorgeschlagen, ein Bauteil, insbesondere ein induktives Bauteil, aus einem Keramikgrünkörper herzustellen. The invention relates to an inductive component with a high electrical quality and a good temperature resistance. It is proposed to produce a component, in particular an inductive component, from a ceramic green body.
Die Erfindung kann insbesondere für die Herstellung von The invention can be used in particular for the production of
Schaltungen für eine Maschinensteuerung und/oder Sensorik eingesetzt werden. Circuits for a machine control and / or sensors are used.

Claims

Patentansprüche claims
1. Bauteil mit mindestens einem Keramikkörper, der mehrla¬ gig ist, wobei das Bauteil mindestens einen Metallvollkörper in Form eines Drahtes (27), der sich über mehrere Lagen des Keramikkörpers (10) erstreckt, umfasst und, mit Ausnahme der Enden der Anschlüsse (29,32) voll von keramischem Material umgeben ist, wobei das Bauteil durch Sinterung herstellbar ist . 1. Component with at least one ceramic body which is mehrla ¬ gig, wherein the component comprises at least one solid metal body in the form of a wire (27) extending over several layers of the ceramic body (10), and, with the exception of the ends of the terminals ( 29,32) is completely surrounded by ceramic material, wherein the component can be produced by sintering.
2. Bauteil nach Anspruch 1, wobei der Metallvollkörper (27) zwischen zumindest zwei Lagen (11,12,13) des Keramikkörpers (10) angeordnet ist. 2. Component according to claim 1, wherein the solid metal body (27) between at least two layers (11,12,13) of the ceramic body (10) is arranged.
3. Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Keramikkörper (10) zumindest eine Lage (11,12) hat, welche eine Ausnehmung (17,22) aufweist, in die der Metallvollkörper (27) passt. 3. Component according to one of the preceding claims, wherein the ceramic body (10) has at least one layer (11,12) having a recess (17,22) into which the metal full body (27) fits.
4. Bauteil nach Anspruch 3, wobei zumindest eine der Lagen4. Component according to claim 3, wherein at least one of the layers
(11, 12) zumindest zwei Schichten (14-16; 19-21) aufweist und die zumindest eine Ausnehmung (17, 22) in nur einem Teil der Schichten (16; 21) ausgebildet ist. (11, 12) has at least two layers (14-16, 19-21) and the at least one recess (17, 22) is formed in only a part of the layers (16, 21).
5. Bauteil nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die zu¬ mindest eine Ausnehmung (17, 22) breiter ist als eine Breite des Metallvollkörpers (27). 5. Component according to one of claims 3 or 4, wherein the ¬ least one recess (17, 22) is wider than a width of the metal full body (27).
6. Bauteil nach Anspruch 5, wobei in einem Raum, der den Me- tallvollkörper (27) in der Ausnehmung (17, 22) umgibt, sich ein zu opferndes und/oder ein remanentes Stabilisierungsmate¬ rial (33) vorgesehen ist. 6. The component according to claim 5, wherein, to sacrificial and / or stabilizing a remanent Mate ¬ rial (33) is provided in a space which surrounds the metal tallvollkörper (27) in the recess (17, 22).
7. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Metallvollkörper (27) in der Ausnehmung (17,22) so angeordnet ist, dass sich der Metallvollkörper (27) in zumindest zwei Ebenen erstreckt, wobei die beiden Ebenen durch zumindest eine der Lagen (12) oder Schichten (19, 20) voneinander beabstandet sind und 7. Component according to one of the preceding claims, wherein the solid metal body (27) in the recess (17,22) is arranged so that the metal solid body (27) extends in at least two planes, wherein the two planes are spaced apart by at least one of the layers (12) or layers (19, 20) and
ein die Ebenen verbindender Leiter (30) oder Abschnitt des Metallvollkörpers (27) durch die zumindest eine Lage (12) oder Schicht (19, 20) führt. a conductor (30) connecting the planes or portion of the solid metal body (27) through which at least one layer (12) or layer (19, 20) leads.
8. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, wobei 8. A method of manufacturing a component, wherein
in mindestens einen Keramikgrünkörper (10) mindestens ein Me¬ tallvollkörper (27) eingelegt wird (41) und in at least one ceramic green body (10) at least one Me ¬ tallvollkörper (27) is inserted (41) and
die Anordnung aus dem mindestens einen Keramikgrünkörper (10) und dem mindestens einen Metallvollkörper (27) gesintert wird (43) . the arrangement of the at least one ceramic green body (10) and the at least one solid metal body (27) is sintered (43).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zumindest eine Ausnehmung (17, 22) durch Prägetechnik, durch mechanisches Fräsen oder durch Laser-Ablation ausgebildet wird. 9. The method of claim 8, wherein at least one recess (17, 22) by embossing, by mechanical milling or by laser ablation is formed.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei in einen Raum, der den Metallvollkörper (27) in einer Ausnehmung (17, 22) einer der Lagen (11,12,13) umgibt, ein zu opferndes oder ein remanentes Stabilisierungsmaterial (33) gefüllt wird . 10. The method according to any one of claims 8 or 9, wherein in a space surrounding the solid metal body (27) in a recess (17, 22) of one of the layers (11,12,13), to be sacrificed or a remanentes stabilizing material ( 33) is filled.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Metallvollkörper (27) in die Ausnehmung (17,22) so eingelegt wird, dass sich der Metallvollkörper (27) in zumindest zwei Ebenen erstreckt, 11. The method according to any one of claims 8 to 10, wherein the solid metal body (27) in the recess (17,22) is inserted so that the metal solid body (27) extends in at least two planes,
die beiden Ebenen durch zumindest eine der Lagen (12) oder Schichten (19, 20) voneinander beabstandet sind und the two planes are spaced apart by at least one of the layers (12) or layers (19, 20) and
ein die Ebenen verbindender Leiter (30) oder Abschnitt des Metallvollkörpers durch die zumindest eine Lage (12) oder Schicht (19, 20) hindurchgeführt wird. a layer connecting conductor (30) or portion of the solid metal body through the at least one layer (12) or layer (19, 20) is passed.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, wobei auf oder in zumindest eine der Lagen (11, 12, 13) eine weitere Metallisierung durch Siebdruck eingebracht wird. 12. The method according to any one of the preceding claims 8 to 11, wherein on or in at least one of the layers (11, 12, 13), a further metallization is introduced by screen printing.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, wobei ein Draht als Metallvollkörper (27) eingelegt wird. 13. The method according to any one of the preceding claims 8 to 12, wherein a wire is inserted as a metal solid body (27).
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei als Draht ein Silber- draht verwendet wird. 14. The method according to claim 13, wherein a wire is used as a silver wire.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis15. The method according to any one of the preceding claims 8 to
14, wobei der Metallvollkörper (27) einen Querschnitt von 100 bis 200 ym aufweist. 14, wherein the solid metal body (27) has a cross section of 100 to 200 ym.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis16. The method according to any one of the preceding claims 8 to
15, wobei vor dem Einlegen des Metallvollkörpers (27) die La¬ gen (11, 12, 13) oder Schichten (14 - 16, 19 - 21, 25 - 26) des Keramikgrünkörpers (10) aus ungesintertem Keramikpulver, insbesondere aus grünkeramischen Folien (14-16, 19-21, 25- 26), ausgebildet werden. 15, wherein before insertion of the metal solid body (27) the La ¬ gen (11, 12, 13) or layers (14-16, 19 - 21, 25 - 26) of the ceramic green body (10) of unsintered ceramic powder, in particular of green ceramic sheets (14-16, 19-21, 25-26).
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis17. The method according to any one of the preceding claims 8 to
16, wobei vor dem Einlegen des Metallvollkörpers (27) die La- gen (11, 12, 13) oder Schichten (14-16, 19-21, 25-26) des16, wherein prior to insertion of the solid metal body (27) the conditions (11, 12, 13) or layers (14-16, 19-21, 25-26) of
Keramikgrünkörpers (10) aus teilweise vorgesintertem Ceramic green body (10) partially pre-sintered
Keramikpulver ausgebildet werden. Ceramic powder are formed.
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