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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein elektrisches Verbundbauteil mit gestapelter
Mehrschichtstruktur, und genauer betrifft sie ein elektrisches Bauteil mit einer
Verbundstruktur, die Spulen und Kondensatoren beinhaltet, die in einer gestapelten oder laminierten
Mehrschichtkonfiguration vorliegen.
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Bei der Herstellung eines elektrischen Verbundbauteils der eingangs genannten Art mit
gestapelter Mehrschichtstruktur können die Kondensatorschichten relativ einfach in einer
integrierten Struktur realisiert werden, indem bekannte Techniken zur Herstellung von gestapelten
Schichtkondensatoren angewandt werden. Bei der Ausbildung der Spulenschichten in einer
integrierten gestapelten Struktur trifft man jedoch häufig auf Schwierigkeiten. Die zu diesem
Zweck anwendbaren Techniken sind begrenzt, obschon verschiedene Vorschläge gemacht
wurden, wofür jener typisch ist, der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 39521/1982
offenbart ist.
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Gemäß der in der genannten Veröffentlichung offenbarten Technik werden durch den Einsatz
eines Druckverfahrens magnetische Schichten aus einem Ferrit-Werkstoff und eine Spule
darstellende elektrische Leiter alternierend gestapelt, woraufhin die so gebildete gestapelte
Schichtstruktur bei einer hohen Temperatur gesintert wird. In der Praxis wird gewöhnlich zur
Ausbildung der gestapelten Schichtstruktur ein Verfahren gewählt, das die folgenden Schritte
beinhaltet: in einem Verfahrensschritt wird auf einem Substrat mittels Drucken ein Filmleiter
ausgebildet, der eine Länge hat, die etwa einer halben Windung der Spule entspricht; in einem
Schritt wird darauf ein magnetischer Film aufgebracht, wobei die Endbereiche des Leiters
freiliegen; und in einem weiteren Schritt wird ein Filmleiter aufgedruckt, welcher der
verbleibenden halben Windung auf der magnetischen Schicht entspricht, wobei eine elektrische
Verbindung zu dem erstgenannten Leiter hergestellt wird. Die oben erwähnten Schritte
werden wiederholt, bis eine Spule mit einer gewünschten Anzahl von Windungen ausgebildet ist,
wobei die Spulenstruktur aus einem magnetischen Werkstoff und Windungen besteht, die
wendelförmig in der Stapelrichtung bei einer vorgegebenen Steigung gewunden sind. Durch
Sintern der so gebildeten gestapelten Schichtstruktur kann eine integrierte Mehrschicht-
Spulenstruktur erzielt werden, bei der die Spule in dem magnetischen Material bei einer
hohen Integrationsdichte eingebettet oder vergraben ist. Durch Integration der gestapelten
Schichtspule mit einem Kondensator mit einer gestapelten Schichtstruktur, der durch ein
ähnliches
Verfahren hergestellt wurde, kann schließlich ein sehr leistungsfähiges elektrisches
Verbundbauteil mit gestapelter Schichtstruktur in Miniaturgröße bei einer hohen
Integrationsdichte verwirklicht werden.
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Für das elektrische Verbundbauteil mit gestapelter Mehrschichtstruktur (im folgenden einfach
auch als elektrisches Mehrschicht-Verbundbauteil bezeichnet) finden sich zahlreiche
verschiedenartige Anwendungen, wie z.B. die Herstellung von Sperrkreis-Bauteilen, Tiefpaß-
Filtern, Hochpaß-Filtern, Bandpaß-Filtern, Equalizern, IFTs und ähnlichem. Entsprechend
müssen die Werte der Kapazität und der Induktanz des elektrischen
Mehrschicht-Verbundbauteils sowie die Verschaltungskonfiguration der Kondensatoren und der Spulen aus einem
großen Bereich ausgewählt werden können. Diesbezuglich ist zu bemerken, daß der Wert und die
Verschaltungskonfiguration des Kondensators in einfacher Weise über einen breiten Bereich
eingestellt werden können, indem die Anzahl der gestapelten Schichten, die Anzahl der
Elektroden oder Kontakte, die Art der Verbindung sowie andere Faktoren in angemessener Weise
gewählt werden.
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Im Gegensatz dazu wird bei einer Induktionsstruktur, wie sie durch das z.B. in der
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 39521/1982 offenbarte Schichtstapelungsverfahren
hergestellt ist, aufgrund der dreidimensionalen Struktur, in welcher die Spulenleiter nacheinander in
den Richtungen, in welchen die Schichten gestapelt sind, angeordnet sind, der Wert der
Induktanz notwendigerweise in Abhängigkeit von der Anzahl der gestapelten Schichten
bestimmt. Demgemäß muß zur Wahl der Induktanzwertes oder spezieller zum Anheben dieses
Wertes die Anzahl der Schichten entsprechend erhöht werden. Folglich wird bei einer
Steigerung des Induktanzwertes die Anzahl der zu stapelnden Schichten entsprechend erhöht,
woraus eine größere Gesamtdicke der gestapelten Spulenstruktur resultiert, was im Gegensatz zu
dem Wunsch nach einer miniaturisierten dünnen Struktur steht.
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In Verbindung mit der selektiven Bestimmung des Induktanzwertes ist es denkbar, eine
Mehrzahl von Spulenkondensatoren einzeln auszubilden und die Kondensatoren außerhalb der
Spulenstruktur in Reihe zu verbinden. In diesem Fall wird jedoch die von einer Spule
eingenommene Querschnittfläche gesteigert, was zu einer entsprechend vergrößerten Größe führt.
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Als ein anderes Beispiel der gestapelten Schichtspule wurde außerdem eine Spulenstruktur
vorgeschlagen, bei der eine Mehrzahl von einzelnen spiralförmigen Spulenleitern, die mit
einer Steigung in der gleichen Richtung gewunden sind, axial nebeneinander innerhalb eines
Körpers aus magnetischem Werkstoff eingebettet sind. Bei einer solchen Spulenstruktur sind
jedoch das vordere Ende und das hintere Ende von jedem der mehreren Spulenleiter in der
gleichen Richtung angeordnet. Wenn beispielsweise das vordere Ende jedes Spulenleiters eine
Stellung unterhalb der magnetischen Schicht einnimmt, dann ist das hintere Ende desselben
an der Oberseite der Schicht angeordnet. Sollen die Spulenleiter so verbunden werden, daß
magnetische Felder in der gleichen Richtung erzeugt werden, muß demgemäß das hintere
Ende des Spulenleiters, das an der Oberseite der magnetischen Schicht angeordnet ist,
herausgeführt und mit dem vorderen Ende des anderen, an der Unterseite befindlichen Spulenleiters
verbunden werden. Es ist jedoch unmöglich, solch eine elektrische Verbindung innerhalb des
magnetischen Materials zu verwirklichen. Es ist unbedingt erforderlich, die vorderen und
hinteren Enden der oben und unten liegenden Spulenleiter aus dem magnetischen Material
herauszuführen, und diese durch den Gebrauch externer Anschlüsse oder ähnlichem zu
verbinden. Folglich erfordert das Verbinden der einzelnen Spulenleiter einen sehr komplizierten
Vorgang, der eine größere Zahl von Herstellungsschritten beinhaltet, ganz zu schweigen von
der Unzweckmäßigkeit der Spuleneigenschaften.
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JEE JOURNAL OF ELECTRONIC ENGINEERING, Vol. 26, Nr. 274, Oktober 1989, Tokyo JP,
Seiten 116-118; Takaya: ,,Surface Mounting Technologies for Chip Transformers, Filters and
Inductors" offenbart konventionelle laminierte Transformatoren, die zwei oder mehr
Leiterspulen beinhalten, die vertikal einer auf dem anderen gestapelt oder Seite an Seite angeordnet
sind. Jeder dieser Transformatoren wird in einfacher Weise durch eine Baugruppe von zwei
oder mehr Spulen gebildet, die jeweils von einem einzelnen Leiter gebildet werden. Solch ein
Transformator nimmt einen relativ großen Raum ein. Ein laminierter Induktor, wie er in der
gleichen Druckschrift ebenfalls offenbart ist, wird von einem einzelnen spiralförmig
gewundenen Leiter gebildet. Daher ist die Induktanz, die in einem vorbestimmten Raum erzielt
werden kann, relativ klein.
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PATENT ABSTRACTS 0F JAPAN, Vol. 13, Nr. 207, (E-758)(3555) 16. Mai 1989 und die
entsprechende JP-A-1 24407 offenbaren einen aus zwei Spulen aufgebauten Transformator. Da die
beiden in unterschiedliche Richtungen gewundenen Spulen seitlich voneinander versetzt sind,
wird der magnetische Fluß teilweise kurzgeschlossen, wodurch der die Spulen umgebende
wirksame Fluß verringert wird.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme
bekannter Spulen zu beseitigen und ein elektrisches Mehrschicht-Verbundbauteil zu schaffen,
das eine hohe Integrationsdichte und gute Leistung zeigt, und bei welchem eine Spule mittels
einer Mehrzahl von Spulenleitern, die nacheinander innerhalb eines magnetischen Materials
ausgebildet sind, mit einer größeren Windungszahl gebildet werden kann, und das somit einen
höheren Induktanzwert zeigen kann, ohne daß der von der Spule eingenommene Platz
nennenswert vergrößert werden müßte.
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Angesichts der obigen und anderer Aufgaben, die sich aus der folgenden Beschreibung
ergeben wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Verbundbauteil
mit gestapelter Mehrschichtstruktur zusammengesetzt aus einer Kondensatorschicht und einer
Spulenschicht geschaffen, wobei die Spulenschicht versehen ist mit mindestens einer in einem
magnetischen Werkstoff eingebetteten Spule, bei welcher die mindestens eine Spule
mindestens eine Kombination aus mindestens zwei Spulenleitern aufweist, die um entsprechende,
koaxial zueinander verlaufende Windungsachsen spiralförmig gewickelt sind, wobei jeder
Spulenleiter in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des vorhergehenden
Spulenleiters, mit welchem er verbunden ist, gewunden ist, wodurch die Spulenleiter vertikal
wechselweise einander überlagert und gegenseitig so verbunden sind, daß von den Spulenleitern
erzeugte Magnetfelder in der gleichen Richtung verlaufen.
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Bei der oben genannten Struktur der Spule, wobei die Mehrzahl der Spulenleiter, welche die
Spule bilden, so miteinander verbunden sind, daß dadurch magnetische Felder mit gleicher
Richtung erzeugt werden, entspricht die Anzahl der Windungen der gesamten Spule der
Summe der Anzahlen der Windungen, die von der Mehrzahl der Spulenleiter gebildet werden.
Im allgemeinen ist die Induktanz L(H) einer Spule gegeben durch
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L=4πue (A/ ) N2 10&supmin;&sup9;
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wobei A die Querschnittsfläche (m²) einer Windung der Spulenleiter darstellt,
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die Länge des magnetischen Weges (m) darstellt,
ue die effektive Permeabilität
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darstellt, und
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N die Zahl der Windungen repräsentiert.
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Somit ist ersichtlich, daß gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ein extrem hoher
Induktanzwert L erreicht werden kann, da die Anzahl der Windungen der gesamten Spule der
Summe der Anzahlen der von den mehreren Spulenleitern gebildeten Windungen entspricht.
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Die einzelnen Spulenleiter sind spiralförmig in den zueinander entgegengesetzten Richtungen
um die entsprechenden im wesentlichen koaxial verlaufenden Achsen gewunden, und folglich
wird eine integrierte Struktur verwirklicht, bei der die einzelnen Spulenleiter an im
wesentlichen gleichen Positionen oder Orten aufeinander gestapelt sind.
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Infolgedessen nimmt der von den Spulenleitern und somit von der Spule selbst
eingenommene Platz erheblich ab. Auf diese Weise kann ein elektrisches Verbundbauteil mit
gestapelter Mehrschichtstruktur geschaffen werden, bei der die Spule trotz der Ausführung in
Miniaturgröße bei verringerter Dicke einen hohen Induktanzwert zeigt.
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Zusätzlich sollte erwähnt werden, daß aufgrund der Tatsache, daß die Mehrzahl der
Spulenleiter Kombinationen von jeweils zwei Spulenleiter beinhaltet, die gesehen in einer Richtung
entlang einer allgemeinen Windungsachse entgegengesetzt zueinander gewickelt sind, die
Verbindung des hinteren Endes des Spulenleiters mit dem vorderen Ende des anderen
Spulenleiters ermöglicht, daß ein elektrischer Strom in einer gleichen Richtung durch die Spule
fließt. Da ferner der hintere Endbereich eines Spulenleiters in der gleichen Richtung oder
Ausrichtung wie der vordere Endbereich des anderen Leiters angeordnet ist, kann eine
kontinuierliche Verbindung der beiden Spulenleiter innerhalb des magnetischen Werkstoffes äußerst
einfach verwirklicht werden.
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Die in der Spulenschicht untergebrachte Spule kann nicht nur als ein Induktor benutzt werden,
sondern auch als Teil eines Transformators.
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Die Erfindung wird aus dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung besser
ersichtlich, wobei die bevorzugten Ausführungsformen beispielhaft in den begleitenden
Zeichnungen gezeigt sind, in welchen:
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FIG. 1 eine Aufsicht eines elektrisches Verbundbauteils mit gestapelter Mehrschichtstruktur
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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FIG. 2 eine Schnittansicht des gleichen Bauteils ist, die eine gestapelte Mehrschichtstruktur
veranschaulichen soll;
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FIG. 3 eine Schnittansicht einer gestapelten Mehrschichtstruktur eines elektrischen
Verbundbauteils gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist;
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FIG. 4 eine perspektivische Ansicht einer Spule ist, die in einem elektrischen Verbundbauteil
gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung benutzt wird;
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FIG. 5 eine perspektivische Ansicht ist, die eine weitere Ausführungsförm der
erfindungsgemäßen Spule zeigt;
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FIG. 6 und 7 perspektivische Ansichten sind, die jeweils Spulenbaugruppen gemäß weiteren
Ausführungsformen der Erfindung zeigen; und
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FIG. 8 bis 22 Ansichten sind, die beispielhaft ein Herstellungsverfahren eines elektrischen
Verbundbauteils mit gestapelter Mehrschichtstruktur gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Unter Bezugnahme auf die bei liegenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung nun in
Verbindung mit bevorzugten oder beispielhaften Ausführungsformen derselben beschrieben.
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FIG. 1 ist eine Aufsicht, die beispielhaft ein elektrisches Verbundbauteil mit gestapelter
Mehrschichtstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt und FIG. 2 ist
eine Schnittansicht zur Veranschaulichung der gestapelten Mehrschichtstruktur. In diesen
Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 allgemein eine Kondensatorschicht, 2
bezeichnet
eine Spulenschicht, und die Bezugszeichen 301 bis 312 bezeichnen jeweils
Anschlußelektroden.
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Die Kondensatorschicht 1 ist in eine Struktur eingearbeitet, in der Kondensatornetzwerke 11
bis 13 innerhalb eines dielektrischen keramischen Werkstoffes 10 vergraben oder eingebettet
sind. Jedes der Kondensatornetzwerke 11 bis 13 wird durch gegenseitiges Verbinden der
einzelnen Kondensatorelemente in einer gewünschten Schaltungsanordnung verwirklicht, wobei
die einzelnen Kondensatorelemente jeweils dadurch gebildet werden, daß Elektroden einander
gegenüberliegend angeordnet werden, wobei sich zwischen diesen eine dielektrische
keramische Schicht befindet. Die Schaltungskonfigurationen der Kondensatornetzwerke 11 bis 13
können willkürlich unter Beachtung des jeweiligen beabsichtigten Verwendungszwecks
gewählt werden. Diese Kondensatornetzwerke 11 bis 13 werden mit jenen der vorhandenen
Anschlußelektroden 301 bis 312 verbunden, die nach außen gefürht werden sollen.
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Die Spulenschicht 2 wird durch die Wahl geeigneter Mittel wie z.B. Sintern oder Bonden,
integral auf die Kondensatorschicht 1 gestapelt. Bei der Struktur der in FIG. 2 gezeigten
beispielhaften Ausführungsform ist die Spulenschicht 2 auf und über eine Oberfläche der
Kondensatorschicht 1 gestapelt. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß zwei Spulenschichten 2
über beide Oberflächen der Kondensatorschicht 1 laminiert werden können, wie es in FIG. 3
dargestellt ist. Alternativ könnte natürlich eine Struktur gewählt werden, bei der zwei
Kondensatorschichten 1 auf beide Oberflächen der Spulenschicht 2 gestapelt sind, obschon dies
nicht in den Zeichnungen gezeigt ist. Die Spulenschicht 2 kann in einer Struktur
aufgenommen werden, in der Spulen 21 bis 24 in einem magnetischen Werkstoff 20, wie z.B. Ferrit
oder ähnlichem, vergraben oder eingebettet sind. Die Anzahl der Spulen 21 bis 24 sowie die
Anzahl der Windungen derselben können willkürlich gemäß einer zu verwirklichenden
Schaltungskonfiguration gewählt werden.
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Die FIG. 4 und 5 sind bildhafte Darstellungen, die jeweils in der Form eines Modells eine
Struktur veranschaulichen, die zumindest bei einer der Spulen 21 bis 24 von FIG. 6
angewendet werden soll. Bei der in FIG. 4 veranschaulichten beispielhaften Struktur weist mindestens
eine der Spulen 21 bis 24 zwei elektrische Spulenleiter 201 und 202 auf. In FIG. 4 bezeichnet
das Bezugszeichen 203 einen Verbindungsbereich, an dem die Spulenleiter 201 und 202
miteinander verbunden sind, und die Bezugszeichen 204 und 205 bezeichnen jeweils Anschlüsse.
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Die Spulenleiter 201 und 202 sind jeweils so gewunden, daß die Windungen wendelförmigen
Wegen um entsprechende Windungsachsen 0 folgen, die im wesentlichen miteinander
zusammenfallen (d.h. die Windungsachse des Spulenleiters 201 erstreckt sich durch einen von
den Windungen des Spulenleiters 202 bestimmten Raum und umgekehrt). Aus diesem Grund
ist in der Zeichnung nur eine einzige Windungsachse 0 dargestellt.
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Es sollte ferner bemerkt werden, daß die Windungsrichtung a&sub1; des Spulenleiters 201 der
Windungsrichtung b&sub1; des Spulenleiters 202 gesehen in der Richtung, in welcher sich die
allgemeine Windungsachse 0 erstreckt, entgegengerichtet ist. In anderen Worten verläuft die
Windungsrichtung a&sub1; des Spulenleiters 201 gegen den Uhrzeigersinn, während die
Windungsrichtung b&sub1; des Spulenleiters 202 im Uhrzeigersinn verläuft, geht man von der Blickrichtung der
allgemeinen Windungsachse 0 aus.
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Die Spulenleiter 201 und 202 sind miteinander über den Verbindungsbereich 203 verbunden,
so daß von den beiden Spulenleitern 201 und 202 unter dem Einfluß eines durch diese
Spulenleiter fließenden Stromes magnetische Felder der gleichen Richtung erzeugt werden. Als
konkretes Beispiel einer solchen Verbindung können das hintere Ende des Spulenleiters 201 und
das vordere Ende des Spulenleiters 202 über den Verbindungsbereich 203 miteinander
verbunden werden. Da die Windungsrichtung a&sub1; des Spulenleiters 201 der Richtung b&sub1; des
Spulenleiters 202 gesehen in der Richtung entlang der allgemeinen Windungsachse 0
entgegengerichtet ist, kann mittels den Spulenleitern 201 und 202 eine Spulenstruktur geschaffen
werden, bei welcher der Strom in der gleichen Richtung fließt, indem das hintere Ende des
ersteren und das vordere Ende des letzteren an dem Verbindungsbereich 203 gegenseitig
verbunden werden. Die Anschlußbereiche 204 und 205 werden jeweils mit gegebenen der in den
FIG. 1 und 2 gezeigten Anschlußelektroden 301 bis 312 verbunden.
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Bei Anlegen eines Stromes an die Spulenstruktur, welche die Spulenleiter 201 und 202
aufweist, die in der oben beschriebenen Weise gewunden und angeschlossen sind, fließt der
Strom in der gleichen Richtung um die allgemeine Windungsachse 0, weshalb
gleichgerichtete Magnetfelder erzeugt werden. Entsprechend ist unter der Annahme, daß die
Windungszahlen n&sub1; und n&sub2; der Spulenleiter 201 und 202 im wesentlichen gleich sind, die Induktanz
L(H) der gesamten Spulenstruktur oder -baugruppe näherungsweise vier mal so hoch, wie die
der Spulenstruktur, die aus einem einzelnen Spulenleiter gebildet wird.
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Durch das wendelförmige Winden der Spulenleiter 201 und 202 mit gleicher Steigung um im
wesentlichen die gleiche Windungsachse 0 (d.h. die Achse, die im wesentlichen den beiden
Spulenleitern 201 und 202 gemein ist), kann eine Spulenstruktur mit stark verringerter Größe
verwirklicht werden, die viel weniger Platz für deren Einbau erfordert.
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Wie oben beschrieben, sind die Windungsrichtung a&sub1; und b&sub1; der Spulenleiter 201 und 202
gesehen in einer Richtung entlang der Windungsachse 0 entgegengerichtet. Folglich sind der
hintere Endbereich des Spulenleiters 201 und der vordere Endbereich des Spulenleiters 202
auf der gleichen Höhe in koplanarer gegenseitiger Relation ausgerichtet oder angeordnet, und
sie können somit an dieser Stelle über den Verbindungsbereich 203 direkt miteinander
verbunden werden. Daher können die beiden Spulenleiter 201 und 202 innerhalb des
magnetischen
Werkstoffes 20 miteinander verbunden werden, ohne daß man diese Spulenleiter 201
und 202 für die gegenseitige Verbindung herausführen muß. Dies wiederum bedeutet, daß die
Struktur der gegenseitigen Verbindung für die Spulenleiter 201 und 202 erheblich vereinfacht
werden kann, wobei der Verbindungsvorgang außerordentlich erleichtert wird.
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Durch Senkung der Dicke der zwischen den Windungen der Spulenleiter 201 und 202
liegenden magnetischen Schichten kann eine Spulenstruktur mit gestapelten Schichten erzielt
werden, die eine hohe Induktanz zeigt, ohne daß die Gesamtdicke der Spulenstruktur in
nennenswertem Ausmaß gesteigert werden muß.
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Unter Bezugnahme auf FIG. 5 ist dort eine Spulenstruktur gemäß einer anderen
Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Diese Spulenstruktur weist drei Spulenleiter 200, 201 und 202
auf, die wendelförmig um entsprechende Windungsachsen gewunden sind, die im
wesentlichen miteinander zusammenfallen. Aus diesem Grund ist in FIG. 5 nur eine allgemeine
Windungsachse 0 gezeigt.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Windungsrichtung a&sub0; des Spulenleiters 200 in einer
Blickrichtung entlang der allgemeinen Windungsachse 0 gegenläufig zu der
Windungsrichtung b&sub1; des Spulenleiters 201, während die Windungsrichtung b&sub1; des Spulenleiters 201
gegenläufig zu der Windungsrichtung a&sub1; des Spulenleiters 202 ist.
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Diese Spulenleiter 200, 201 und 202 sind so verbunden, daß durch den Strom, der durch die
Spule fließt, welche durch das Verbinden der Spulenleiter 200, 201 und 202 verwirklicht
wird, Magnetfelder mit ein und derselben Richtung erzeugt werden. Zu diesem Zweck ist das
hintere Ende des Spulenleiters 200 über einen Verbindungsbereich 203 mit dem vorderen
Ende des Spulenleiters 201 verbunden, während das hintere Ende des Spulenleiters 201 über
einen Verbindungsbereich 203 mit dem vorderen Ende des Spulenleiters 202 verbunden ist.
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Da der Induktanzwert L(H) der so aufgebauten Spulenstruktur näherungsweise proportional
zu dem Quadrat der Summe der Wicklungen n&sub0;, n&sub1; und n&sub2; der Spulenleiter 200, 201 bzw. 202
ist, kann mit der Spule gemäß dieser Ausführungsform ein höherer Induktanzwert
gewährleistet werden als mit der in FIG. 4 gezeigten Spulenstruktur.
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Bei dieser Ausführungsform sind die Spulenleiter 201 und 202 wendellörmig gewunden,
wobei die entsprechenden Windungsachsen der Spulenleiter 201 und 202 im wesenflichen
koinzident zueinander sind, wie oben in Verbindung mit der in FIG. 4 gezeigten Ausführungsform
erklärt wurde. Daher kann ein elektrisches Verbundbauteil mit einer gestapelten
Mehrschichtstruktur geschaffen werden, das eine Spule aufweist, die ungeachtet ihrer kleineren Größe
einen höheren Induktanzwert zeigen kann.
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Da ferner die Windungsrichtung a&sub0; des Spulenleiters 200 gegenläufig zu der
Windungsrichtung b&sub1; des Spulenleiters 201 ist, wobei die letztere gegenläufig zu der Windungsrichtung a&sub1;
des Spulenleiters 202 ist, gesehen in der Richtung entlang der Achse 0, liegen das hintere
Ende des Spulenleiters 200 und das vordere Ende des Spulenleiters 201 auf der gleichen Höhe
in koplanarer gegenseitiger Relation. Das gleiche gilt für das hintere Ende des Spulenleiters
201 und das vordere Ende des Spulenleiters 202. Wenn die Spulenleiter 200, 201 und 202 so
miteinander verbunden sind, daß von diesen Magnetfelder mit gleicher Richtung erzeugt
werden können, können daher die Verbindungsbereiche 203 zu diesem Zweck innerhalb des
magnetischen Werkstoffes angeordnet sein, um die zuvor erwähnten Spulenleiter miteinander
zu verbinden.
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Da der Aufbau von Spulenkombinationen oder Spulenstrukturen mit einer größeren Zahl von
Spulenleitern dem Fachmann aus der obigen Beschreibung selbsterklärend ist, ist eine nähere
Beschreibung dieser Modifikationen nicht erforderlich.
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Unter Bezugnahme auf FIG. 6 folgt eine Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung, die auf ein Herstellungsverfahren gerichtet ist. Die Spulenbaugruppe gemäß
der in FIG. 6 veranschaulichten Ausführungsförm ist aus Spulen aufgebaut, die jeweils eine
Struktur haben, die der unter Bezugnahme auf FIG. 4 beschriebenen entspricht. Insbesondere
weisen die Spulen 21 bis 24 jeweils zwei Spulenleiter 211, 212; ...; bzw. 241, 242 auf.
Betrachtet man beispielsweise die Spulenleiter 211 und 212, so sind diese wendelförmig um
entsprechende Achsen gewunden, die im wesentlichen in der Richtung der Windungsachse 0&sub2;&sub1;
übereinstimmen. Ferner ist die Windungsrichtung a&sub1; des Spulenleiters 211 gesehen in
Richtung der Windungsachse 0&sub2;&sub1; gegenläufig zu der Windungsrichtung b&sub1; des Spulenleiters 212.
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Die Spulenleiter 211 und 212 sind über einen Verbindungsbereich 213 so miteinander
verbunden, daß durch diese Magnetfelder mit gleicher Richtung erzeugt werden. In FIG. 6
bezeichnen die Bezugszeichen 214 und 215 Anschlüsse, die mit gegebenen der in den FIG. 1 und
2 gezeigten Anschlußelektroden 301 bis 312 verbunden sind. Es versteht sich jedoch, daß die
Anschlußbauteile 214 und 215 miteinander verbunden sein können, wobei der durch den
Verbindungsbereich 213 verbundene Bereich unterbrochen oder getrennt werden kann, um
somit diese Anschlußbauteile zu bilden. Ferner kann der Verbindungsbereich 213 als das
vordere Ende benutzt werden, wenn der andere Spulenleiter darauf gestapelt wird.
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Bei dieser Ausführungsform sind die anderen Spulen 22 bis 24 im wesentlichen gleich der
Spule 21 aufgebaut, und sie werden aus Kombinationen der Spulenleiter 221, 222; ...; bzw.
241, 242 gebildet, wobei die Windungsrichtungen a&sub2;, b&sub2;; a&sub3;, b&sub3;; und a&sub4;, b&sub4; jeweils einander
entgegengesetzt sind, wobei die entsprechenden Windungsachsen im wesentlichen koinzident
sind, und wobei die einzelnen Spulenleiter der Spulen 22 bis 24 jeweils so verbunden sind,
daß Magnetfelder mit gleicher Richtung erzeugt werden. Obschon die Spulen 23 und 24 den
gleichen Anschluß 25 teilen, können sie entsprechende Anschlüsse aufweisen, wie sie in
FIG. 7 gezeigt sind, in der eine Version der in FIG. 6 gezeigten Ausführungsform dargestellt
ist. Ferner sollte erwähnt werden, daß manche der Spulen 21 bis 24 in gleicher Weise von
einem Einzelspulenleiter gebildet werden können.
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Es wird nun beispielhaft die Spule 21 betrachtet. Man kann sehen, daß die beiden Spulenleiter
211 und 212, welche die Spule 21 bilden, so miteinander verbunden sind, daß sie
Magnetfelder mit gleicher Richtung erzeugen. Demgemäß ist die Anzahl N der Windungen der Spule
gleich der Summe (n&sub1;&sbplus;n&sub2;) der Windungszahlen n&sub1; und n&sub2; der beiden Spulenleiter 211 bzw.
212. Der Induktanzwert L(H) der Spule ist proportional zu dem Quadrat der Summe der
Windungszahlen n wie zuvor beschrieben. Daher kann ein extrem hoher Induktanzwert L
verwirklicht werden.
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Da die beiden Spulenleiter 211 und 212 wendelförmig um die entsprechenden Achsen, die im
wesentlichen zueinander koinzident sind, gewunden sind, werden die Spulen von
wendelförmigen Windungen gebildet, die mit einer gegebenen Steigung in der gleichen Richtung
versetzt sind. Durch diesen Aufbau können der von der Spule eingenommene Raum und die
Fläche auf ein Minimum gesenkt werden, wodurch sich ein gestapeltes
Mehrschicht-Induktanzelement oder -bauteil mit dünner Struktur von verringerter Größe verwirklichen läßt.
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Die Spulenleiter 211 und 212 sind bezüglich ihren Windungsrichtungen a&sub1; und b&sub1; gesehen
entlang der allgemeinen Windungsachse 0&sub2;&sub1; gegenläufig zueinander, wobei der hintere
Endbereich des Spulenleiters 211 und der vordere Endbereich des Spulenleiters 212 auf gleicher
Höhe in koplanarer gegenseitiger Relation liegen, so daß sie leicht über einen
Verbindungsbereich 213 miteinander verbunden werden können. Daher können die Spulenleiter 211 und
212 innerhalb des magnetischen Werkstoffes 20 miteinander verbunden werden, was
wiederum bedeutet, daß die Verbindung durch eine stark vereinfachte und erleichterte Prozedur
bewerkstelligt werden kann.
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Die andere Spulen 22 bis 24 können in der gleichen Weise, wie sie oben beschrieben wurde,
aufgebaut werden. In dieser Hinsicht sollte ferner erwähnt werden, daß die in FIG. 6 gezeigte
Spulenbaugruppe in einfacher Weise auch so aufgebaut sein kann, daß die einzelnen Spulen
jeweils eine größere Zahl von Spulenleitern aufweisen, wie zuvor in Verbindung mit FIG. 5
beschrieben wurde.
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Unter Bezugnahme auf die FIG. 8 bis 22 wird ein Verfahren oder ein Prozeß zur Herstellung
des elektrischen Verbundbauteils mit gestapelter Mehrschichtstruktur gemäß der Erfindung
beschrieben. Obschon die folgende Beschreibung in Verbindung mit einem
Herstellungsverfahren
erfolgt, das auf einem bekannten Laminationsverfahren basiert, wie es in der
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 39521/1982 beschrieben wurde, versteht sich, daß in
gleicher Weise andere Filmbildungstechniken benutzt werden können, wie z.B. die als
Photolithographie bezeichnete Präzisionsstrukturierungstechnik, Sputtern, Aufdampfen, Plattieren
und ähnliches. Durch Anwendung dieser Verfahren kann eine Spulenbaugruppe, die
Spulenleiter in einem genau definierten Muster aufweist, mit einer Struktur geschaffen werden, die
eine größere Zahl von Schichten aufweist.
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Unter Bezugnahme auf FIG. 8 werden durch einen Freiraum getrennte magnetische Schichten
501 und 502 mittels Drucktechniken auf eine Oberfläche eines Substrats 4 aufgebracht.
Insbesondere können die magnetischen Schichten 501 und 502 in einem vorbestimmten Muster
aufgebracht werden, indem durch ein Siebdruckverfahren eine Magnetpaste aufgebracht wird,
die durch Mischen von pulverisiertem Ferrit, einem Bindemittel und einem Lösungsmittel
hergestellt wird.
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Anschließend werden, wie in FIG. 9 gezeigt ist, elektrische Leiter 212, 222, 231 und 241, die
Spulenleiter bilden sollen, auf den magnetischen Schichten 501 und 502 ausgebildet. Zu
diesem Zweck kann eine elektrisch leitende Paste z.B. mittels Siebdruck aufgebracht werden.
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Sodann werden magnetische Schichten 503 bis 505 so ausgebildet, daß die Freiräume
zwischen den magnetischen Schichten 501 und 502 bedeckt werden, wobei die Endbereiche der
Leiter 212, 222, 231 und 241 freiliegen, wie am besten in FIG. 10 zu sehen ist.
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Unter Bezugnahme auf FIG. 11 werden andere elektrische Leiter 212, 222, 231 und 241, die
ebenfalls die Spulenleiter bilden sollen, in Fortsetzung der freiliegenden Endbereiche der
Leiter 212, 222, 231 und 241 auf die magnetische Schicht 504 aufgedruckt, während
elektrische Leiter 211 und 221 auf die magnetische Schicht 503 gedruckt werden, wobei ein Leiter
25 auf die magnetische Schicht 505 gedruckt wird.
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Wie veranschaulicht in FIG. 12 werden nachfolgend magnetische Schichten 506 und 507 so
aufgedruckt, daß die zwischen den magnetischen Schichten 503 bis 505 vorhandenen Spalte
gefüllt werden.
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Ferner werden wie in FIG. 13 gezeigt elektrische Leiter 211 und 221 jeweils auf den
magnetischen Schichten 503 und 506 in Fortsetzung zu den bereits ausgebildeten Leitern 211 und 221
gebildet, während elektrische Leiter 212 und 222 jeweils auf den magnetischen Schichten 504
und 506 in Fortsetzung zu den bereits ausgebildeten Leitern 212 und 222 ausgebildet werden.
Zusätzliche elektrische Leiter 231 und 241 werden auf den magnetischen Schichten 504 und
507 in Fortsetzung zu den Leitern 231 bzw. 241 ausgebildet, die bereits auf der magnetischen
Schicht 504 ausgebildet wurden. Ferner werden elektrische Leiter 232 und 242 auf den
magnetischen Schichten 505 und 507 in Fortsetzung zu dem Leiter 25 ausgebildet. Es sollte
bemerkt werden, daß die Leiter 211 und 212, die Leiter 221 und 222, die Leiter 231 und 232 und
die Leiter 241 und 242 jeweils so ausgebildet sind, daß diese Leiterpaare in gegenläufigen
Richtungen zueinander verlaufen.
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Nachfolgend wird das Druckverfahren zum kontinuierlichen Verbinden der Leiter 211, 212
bis 241, 242, welche die zuvor beschriebenen Spulenleiter bilden sollen, und zum Bilden der
magnetischen Schichten, das entsprechend der gewünschten Zahl von Windungen wiederholt
wird, und das in den FIG. 14 bis 21 veranschaulicht ist, beschrieben, wobei die Bezugszeichen
508 bis 517 die jeweiligen magnetischen Schichten bezeichnen.
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Schließlich werden, wie in FIG. 22 gezeigt ist, die Spulenleiter (211, 212), (221, 222), (231,
232) und (241, 242), die jeweils eine gewünschte Zahl von Windungen haben, an den
vorderen und hinteren Enden durch Verbindungsbereiche 213, 223, 233 bzw. 243 verbunden. Auf
diese Weise kann die in FIG. 6 gezeigte Induktorstruktur verwirklicht werden.
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Wie sich aus der voranstehenden Beschreibung versteht, können gemäß der vorliegenden
Erfindung die unten erwähnten vorteilhaften Effekte erzielt werden.
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(a) Da eine Mehrzähl von eine Spule bildenden Spulenleitern wechselweise so verbunden
sind, daß dadurch Magnetfelder mit gleicher Richtung erzeugt werden, entspricht die
Anzahl der Windungen der gesamten Spule der Summe der Anzahl der Windungen der
einzelnen Spulenleiter, wodurch eine Spule mit gestapelter Schichtstruktur verwirklicht
werden kann, die eine extrem hohe Induktanz zeigt.
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(b) Da eine Mehrzahl von Spulenleitern wendelförmig um die im wesentlichen koaxial zu
einander liegenden Windungsachsen gewunden sind, kann eine Spule mit gestapelter
Schichtstruktur und somit ein elektrisches Verbundbauteil mit platzsparender Spule von
verringerter Größe mit einem hohen Induktanzwert geschaffen werden.
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(c) Da jeder der mehreren Spulenleiter eine Kombination von zwei Spulenleitern beinhaltet,
die gesehen in Richtung entlang der allgemeinen Windungsachse in gegenläufige
Richtungen gewunden sind, wobei der hintere Endbereich eines Spulenleiters in koplanarer
Relation zu dem vorderen Endbereich des anderen Spulenleiters in der magnetischen
Schicht steht, kann die Verbindung oder Fortführung der beiden Spulenleiter innerhalb
der magnetischen Schicht, damit von diesen Spulenleitern Magnetfelder mit gleicher
Richtung erzeugt werden können, außerordentlich einfach verwirklicht werden.
Aufgrund dieses Merkmals kann ein elektrisches Verbundbauteil mit gestapelter
Mehrschichtstruktur geschaffen werden, das eine erheblich verbesserte Spulenleistung zeigt.