DE1274210B - Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Art einer homogenen Leitung aus keramischen Isolierstoffen mit darin spaltfrei eingebetteten Elektroden - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Art einer homogenen- Leitung aus keramischen Isolierstoffen mit darin spaltfrei eingebetteten Elektroden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Art einer homogenen Leitung aus keramischen Isolierstoffen mit darin spaltfrei eingebetteten Elektroden. Unter einer homogenen Leitung versteht man bekanntlich Leitungsgebilde, bei denen der Querschnitt und die relative Dielektrizitätskonstante e des Raumes zwischen den Leitern längs der Leitung konstant sind. Da durch beide Bedingungen zusammen der Wellenwiderstand der Leitung festgelegt ist, nennt man auch solche Leitungen homogen, deren Wellenwiderstand längs der Leitung konstant ist. Die Konstanz des Wellenwiderstandes bleibt aber auch bei örtlichen Querschnittsveränderungen erhalten, wenn man an den betreffenden Stellen zugleich auch e entsprechend ändert. Davon wird insbesondere bei koaxialen Leitungen Gebrauch gemacht.
• Die Anwendung solcher zur Führung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen bestimmter Leitungen als Resonanzkreise sowie als Verzögerungs- und Dämpfungsglieder erfordert .die -Einhaltung gewisser geometrischer Bedingungen. Hierzu zählen vor allem die äußeren Abmessungen, welche den Wellenwiderstand und damit die Anpassung an den Sender, das Übertragungsmedium oder den Verbraucher festlegen. Üblicherweise bemißt man die Leitungen für Wellenwiderstände von 50 ... 70 Ohm, die in der herkömmlichen Schaltungstechnik bequem verarbeitet werden können. Solche Leitungen werden vielfach mit Luftdielektrikum, also mit verhältnismäßig großen Abmessungen ausgeführt. Dies ist vorteilhaft, wenn man die Leitung zur Führung von HF-Energie an eine entfernte Stelle verwendet, schränkt jedoch den Anwendungsbereich stark ein, wenn man Leitungsteile als Resonatoren, Anpassungsglieder oder Verzögerungselemente benutzt. Die Herstellung von Leitungen, insbesondere koaxialen Leitungen, mit Luftdielektrikum erfordert große Sorgfalt. Namentlich die Längsabmessungen sind groß. Eine Verkürzung der geometrischen Leitungslänge ist möglich entweder durch Verringerung der Axialgeschwindigkeit der auf der Leitung geführten Wellen, was üblicherweise durch Wendeln eines Leiters geschieht, oder durch Ausfüllen des Raumes zwischen den Leitern mit einem Stoff, dessen relative Dielektrizitätskonstante e oder relative Permeabilität ,u merklich von Eins verschieden sind, wobei störende Luftspalte nicht oder nur mit großem Aufwand vermeidbar sind. (Im folgenden wird der Einfachheit halber stets von der elektrischen Suszeptibilität x, = e-1 bzw. von der magnetischen Suszeptibilität x. =,u -1 gesprochen.) Vorzugsweise finden hier Kunststoffe als Dielektrikum Verwendung, deren x, jedoch nicht über z":10 liegt und deren x. kaum von Null verschieden ist.
• Bekannt sind auch Koaxialkabel, deren gewendelter Innenleiter einen ferromagnetischen Kern und eine dielektrische Umhüllung besitzt; diese Kombination bedingt jedoch verhältnismäßig hohe thermische Instabilität sowie relativ große Abmessungen. Der Wellenwiderstand solcher Leitungen ist hoch. Das ist vorteilhaft in Röhrenschaltungen, erschwert jedoch die Verwendung in Halbleiterschaltungen. Vor allem aber ist die Herstellung eines gewendelten Innenbelags bei solchen (z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1016 786 bekannten) Koaxialleitungen so schwierig und teuer, daß die bekannten Fertigungsverfahren praktisch nicht ausführbar sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Art einer homogenen Leitung so zu. gestalten, um solche Leitungen kleinerer Abmessungen, insbesondere kleinerer Längsabmessungen als bisher zur Verwendung als Resonanzgebilde u. dgl. zu erhalten, die als betriebssichere Bauelemente hergestellt werden können und niedrige Wellenwiderstände besitzen, wie sie in der Halbleitertechnik benötigt werden. Dabei soll die Anwendung dieser Leitungen in herkömmlicher Weise als Resonanzkreise, Laufzeitketten, Dämpfungsglieder, Richtkoppler u. dgl. ebenfalls möglich sein, gegebenenfalls unter Inkaufnahme kleinerer Inhomogenitäten des Kapazitäts- oder Induktivitätsbelages.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der einleitend erwähnten Art vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß ein vorgeformter keramischer Träger mit einem leitenden Belag versehen wird und auf diesen Belag eine dünne Schicht eines Dielektrikums gleichen Brennverhaltens wie der Träger aufgebracht wird, dann der zusammengesetzte Körper gargebrannt und zuletzt eine Außenelektrode aufgebracht wird, wobei das Dielektrikum im Zeitpunkt des Ruftragens in verformbarer, viskoser oder plastischer Konsistenz gehalten und dadurch Spaltfreiheit gewährleistet wird, so daß die einzubettende Elektrode vollständig benetzt wird. Auf diese Weise läßt sich ein blockförmiges Bauelement beispielsweise nach Art eines Sprühschicht-Kondensators in außerordentlicher bequemer und verhältnismäßig billiger Fabrikation herstellen.
• In. der Zeichnung sind gemäß der Erfindung hergestellte elektrische Bauelemente in mehreren Ausführungsbeispielen im Axial- und Querschnitt schematisch veranschaulicht.
• In F i g. 1 ist ein keramischer Vollzylinder 1 mit einem leitenden, z. B. aus Silber bestehenden Mantelbelag 2 überzogen. Im Innern des Zylinders ist eine leitende Wendel 3, beispielsweise aus Palladium, konzentrisch derart angeordnet, daß ihr Wandabstand w klein gegenüber dem Zylinderdurchmesser D, beispielsweise w = 0,1 mm und D = 3 mm ist. Der Durchmesser D ist seinerseits kleiner als die Länge Z des Zylinders 1. An den beiden Enden des Zylinders sind Anschlüsse 4 und 5, beispielsweise durch Löten, angebracht.
• F i g. 2 stellt einen keramischen Vollzylinder 6 dar, der außen einen leitenden, gewendelten Belag 7 trägt, der beispielsweise aus Silber besteht. Im Innern des Zylinders ist ein koaxialer leitender Zylinderbelag 8, beispielsweise aus Palladium, so angeordnet, daß sein Wandabstand w klein gegenüber dem Zylinderdurchmesser ist, welcher seinerseits kleiner ist als die Länge Z des Zylinders. An den beiden Enden des Zylinders sind Anschlüsse 9 und 10, z. B. durch Löten, angebracht.
• In F i g. 3 ist ein Bauelement abgebildet, das sich von F i g. 1 und 2 dadurch unterscheidet, daß beide Beläge 12 und 13 gewendelt sind und sich auf der gesamten Länge des Zylinders 11 gegenüberstehen. Ihr Abstand w ist klein gegenüber dem Durchmesser D. An ihren Enden sind Anschlüsse 14 und 15 angebracht.
• F i g. 4 zeigt einen Keramikkörper 16. Er ist nach Art einer Ringspule mit einem leitenden Belag 18 überzogen, der gewendelt und seinerseits mit einer Keramikschicht der Dicke w bedeckt ist, auf welcher sich der Außenbelag 17 befindet. Die Beläge sind an beiden Enden mit Anschlüssen 19 und 20 versehen.
• Das Bauelement gemäß F i g. 5 enthält eine keramische Scheibe 21 mit einem leitenden, z. B. aus Platin bestehenden Deckbelag 22 und einer in ihrem Innern angeordneten leitenden Spirale 23, beispielsweise aus Palladium. Der Abstand w zwischen Deckbelag 22 und Spirale 23 ist klein gegenüber dem Windungsabstand d, z. B. w = 0,1 mm und d = 2,0 mm. Beide Enden der Spirale, die über leitende Bahnen 23' zur belagfreien Scheibenfläche herausgeführt sind, haben Anschlüsse 24, die beispielsweise angelötet sind.
• In der Schnittzeichnung der F i g. 6 ist eine Leitung nach F i g. 1 veranschaulicht, die jedoch nicht gerade verläuft, sondern gewendelt ist. Andere, nicht dargestellte Ausführungsformen bestehen aus gewendelten Leitungen nach F i g. 2 oder 3 oder spiralig gewundenen Leitungen nach F i g. 1 bis 3. Derartige Kombinationen von Wendel und Wendel oder Wendel und Spirale gestatten besonders raumsparende Bauweisen, z. B. für Verzögerungsleitungen.
• Weitere, nicht abgebildete Ausführungsbeispiele umfassen Mehrschichtsysteme, die zusätzliche Kopplungen der Leiter untereinander enthalten oder die deren Abschirmung voneinander und von der Umgebung zulassen.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Art einer homogenen Leitung aus keramischen Isolierstoffen mit darin spaltfrei eingebetteten Elektroden, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß ein vorgeformter keramischer Träger mit einem leitenden Belag versehen wird und auf diesen Belag eine dünne Schicht eines Dielektrikums gleichen Brennverhaltens wie der Träger aufgebracht wird, dann der zusammengesetzte Körper gargebrannt und zuletzt eine Außenelektrode aufgebracht wird, wobei das Dielektrikum im Zeitpunkt des Ruftragens in verformbarer, viskoser oder plastischer Konsistenz gehalten wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Träger im wesentlichen zylindrische Gestalt besitzt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Träger im wesentlichen eben ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragen der Schichten mehrmals wiederholt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Dielektrikum ein Werkstoff mit hoher elektrischer Suszeptibilität, vorzugsweise größer als 25, verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Dielektrikum zugleich hohe magnetische Suszeptibilität, vorzugsweise größer als 10, besitzt.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Dielektrikum ein Werkstoff mit definiertem Temperaturkoeffizienten der Suszeptibilität verwendet wird. B.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Dielektrikum ein Werkstoff mit spannungsabhängiger elektrischer Suszeptibilität verwendet wird.
9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Leiter Werkstoffe mit einem spezifischen Widerstand kleiner als 9 - 10-$ Ohm - m und als Dielektrika Werkstoffe hoher Güte mit Verlustfaktoren tan 8 von vorzugsweise weniger als 5 - 10-s verwendet werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Leiter Werkstoffe mit einem spezifischen Widerstand größer als 9- 10-8 Ohm -m und/oder als Dielektrika Werkstoffe niedriger Güte mit einem Verlustfaktor tan ö größer als 5 - 10-s, vorzugsweise größer als 20-10-3, verwendet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 818 517, 949 577; deutsche Auslegeschrift Nr. 1016 786; britische Patentschrift Nr. 820 212; USA.-Patentschrift Nr. 2 915 718; »The Proc. of the Inst. of Electrical Eng,«, Part B, März 1959, S.129.