9zip.ru Инструкции Миниатюрные катушки

Температурный коэффициент индуктивности воздушной катушки определяется изменением размеров обмотки, что зависит от температурного коэффициента линейного расширения материала, из которого изготовлена обмотка, и температурного коэффициента материала каркаса. В связи с тем, что материалом для изготовления катушки служит либо медь, либо серебро, то для получения наименьшего значения необходимо выбрать материал каркаса, обладающий малым ТК. С этой точки зрения наиболее подходящими материалами оказываются кварц, керамика, стекло, однако технология изготовления изделий из них является сложным процессом, и изготовление тонкостенных каркасов для микроминиатюрных катушек с сердечниками практически невозможно. Но эти материалы находят очень широкое распространение при производстве оснований для печатных катушек, тем самым снижая общую величину ТКИ.

Температурный коэффициент магнитной проницаемости сердечника для обычных материалов, за исключением ферритов и магнитодиэлектриков, имеет малое значение, так что можно считать ТКИ не зависящим от температуры. При использовании ферритовых и магнитодиэлектрических сердечников величина коэффициента изменения магнитной проницаемости может быть настолько большой, что для определения общего ТКИ катушки другими составляющими можно пренебречь.

Для повышения величины индуктивности катушек при сохранении их габаритов применяют ферромагнитные сердечники. В качестве сердечников катушек индуктивности широко используются магнитодиэлектрики (па основе порошков альсифера и карбонильного железа) и ферриты. Каждая группа этих материалов обладает как определенными достоинствами, так и недостатками, поэтому четко разграничить область применения того или иного материала не представляется возможным. В зависимости от конкретных требований, предъявляемых к катушкам индуктивности (габаритные размеры, добротность и т. д.), выбирают материал сердечника с оптимальными свойствами для данного случая.

Новые технологические приемы (в частности, пленочная технология) позволили существенно снизить габаритные размеры многих активных и пассивных элементов радиоэлектронной аппаратуры, однако применительно к катушкам индуктивности они дали возможность получить довольно скромные результаты.

В настоящее время основное внимание разработчиков микроминиатюрных индуктивных элементов направлено на создание принципиально новых конструкций катушек индуктивности, в частности па создание плоских катушек, которые практически имеют два измерения н хорошо компонуются с пленочными схемами.

Наибольший интерес представляют пленочные катушки индуктивности, поскольку их применение является одним из наиболее реальных решений проблемы создания индуктивных элементов для интегральных схем. По этой причине в последние годы уделяется большое внимание разработке пленочных катушек индуктивности.

Под пленочной катушкой индуктивности понимается катушка с непроволочной обмоткой в виде плоской спирали, наносимой одним из известных способов на поверхность диэлектрической или магнитной пленочной подложки. Проводящая спираль может быть однослойной или многослойной; в последнем случае спирали каждого слоя отделяются друг от друга диэлектрической пленкой. Толщина проводящей пленки, образующей витки катушки, может достигать нескольких десятков микрон. Катушки могут применяться как без ферромагнитного покрытия — воздушная катушка — так и с ферромагнитным покрытием в виде пленки, нанесенной поверх спирали. Достоинства пленочных катушек заключаются в том, что они изготавливаются по технологии производства пленочных схем и могут быть получены на одной подложке за единый технологический цикл со всей пленочной схемой.

Разработки таких катушек ведутся в направлениях увеличения числа витков спирали на единицу занимаемой площади, создания многослойных спиралей, разделенных диэлектриком, и применения сердечников в виде пленок, создающих ферромагнитную среду вокруг витков катушки.

Увеличение числа витков однослойной спирали на единицу занимаемой площади, помимо технологических трудностей, имеет следствием снижение добротности катушки, поскольку с увеличением числа витков происходит уменьшение их поперечного сечения и расстояния между ними. Еще больше (в 16—22 раза) снижается добротность при использовании многослойной спирали, так как между витками соседних слоев действует значительно более сильное электрическое поле, чем между витками каждого слоя.

Значительно увеличить удельную индуктивность и добротность плоских катушек можно путем использования пленочных ферромагнитных сердечников, которые плотно прилегают к обмотке, создавая вокруг витков сплошную ферромагнитную среду.

Необходимо отметить, что увеличение добротности пленочных катушек (при одновременном снижении величины индуктивности) можно осуществлять путем введения немагнитных зазоров определенной величины в сердечнике.

Однако для создания ферромагнитных сердечников сложной конфигурации нельзя использовать методы пленочной технологии и, следовательно, получать сердечники достаточно малой толщины.

Сердечники плоских пленочных катушек индуктивности выполняют двоякую роль сердечника и роль каркаса (подложки), несущего токопроводящую обмотку, что накладывает на сердечник ряд дополнительных требований. Все требования, предъявляемые к сердечникам, можно разбить на две группы: механические и электрические.

К механическим требованиям относятся следующие, обязательные как для магнитных, так и диэлектрических сердечников: механическая прочность должна быть достаточна для обеспечения целостности катушки индуктивности в процессе ее изготовления и эксплуатации;

сердечник должен обеспечить достаточную адгезию наносимой на нее токопроводящей пленки к ее поверхности; высота микро-неровностей на поверхности сердечника должна быть меньше, чем толщина токопроводящей пленки;

сердечник изготовляется достаточно просто с толщиной в диапазоне 1—300 мк.

Электрические требования включают в себя следующее: малые потери на вихревые токи на рабочих частотах: малая величина диэлектрической проницаемости со слабой зависимостью ее от частоты и малый тангенс угла диэлектрических потерь;

сердечник должен обладать достаточно большой величиной начальной магнитной проницаемости.

Всему комплексу перечисленных требований наиболее полно отвечают магнитные пленки металлов и ферритов.

Применение ферромагнитных металлов и сплавов на высоких частотах, как известно, ограничивается наличием больших потерь на вихревые токи. Обычное решение этой проблемы — использование металлических ферромагнетиков в виде топких листов и лент. В настоящее время толщина прокатанных листов сплавов доведена до 2,5 мк; при этом потери на вихревые токи на частотах ниже 10 мгц пренебрежимо малы. Существует возможность еще больше уменьшить толщину листа путем использования многослойных пленочных систем, состоящих из чередующихся магнитных и диэлектрических пленок толщиной в несколько десятых долей микрона.

Простейшим способом создания многослойных пленочных систем является последовательное напыление в вакууме слоев высокопроницаемого магнитного материала, например, высоконикелевого пермаллоя и пленок диэлектрика, например, моноокиси кремния.

Существует довольно много способов получения токопроводящих покрытий, которые можно применить для получения непроволочных обмоток катушек индуктивности (в виде плоской спирали). Метод можно применить при условии, что он отвечает следующим требованиям.

1. Обеспечение высокой разрешающей способности, под которой понимается возможность получения узких проводящих полос при малых расстояниях между ними. Экспериментально было установлено, что приемлемые параметры плоской катушки индуктивности можно обеспечить при разрешающей способности не хуже 200 мк.

2. Получение толстой (30—60 мкм) пленки с проводимостью, соответствующей значениям, наблюдаемым у массивных материалов, чтобы потери на активном сопротивлении обмотки не приводили к существенному снижению добротности катушки.

3. Обеспечение хорошей адгезии токопроводящего слоя к подложке, которая определяет стойкость катушек к механическому и темпера тур ном у воздействию.

Рассмотрим наиболее широко применяемые способы получения токопроводящих обмоток.

Механическое гравирование. Этот способ заключается в прорезании токопроводящего покрытия на диэлектрической подложке неподвижным резцом, снимающим проводящее покрытие в нужных местах при движении подложки. Разрешающая способность этого метода определяется размерами режущего инструмента и точностью станка. Наивысшее разрешение 0,8 мм было достигнуто на прецизионном станке, где столик с закрепленной на нем подложкой, вращаясь вокруг оси, перпендикулярной плоскости подложки, двигался поступательно, причем неподвижный резец вырезал в токопроводящем слое круглую спираль. Толщина прорезаемого токопроводящего покрытия может быть довольно большой (до 0,2 мм).

Электрическое осаждение. Подложка покрывается гонким слоем проводящего вещества; места, на которые не должен осаждаться металл, закрываются контактными диэлектрическими масками, и вся подложка помещается в электролитическую ванну, где на не защищенные масками участки проводящего слоя осаждается металлический слой требуемой толщины. После этого контактные маски и проводящий слой под ними удаляются травленном в специальных растворах.

Первичный тонкий проводящий слой можно получить нанесением графитового покрытия, .химической металлизацией (например, химическим меднением или восстановлением серебра из раствора его соли) или напылением металла в вакууме. Поскольку осажденный в электролитической ванне толстый металлический слой, как правило, хорошо сцеплен с первичным проводящим слоем, сила сцепления обмотки с подложкой определяется адгезией к подложке первичного проводящего слоя. Хорошей адгезией к подложке обладает пленка, полученная восстановлением из раствора соли, серебра или химическим меднением, однако их применение усложняет технологический процесс. Поэтому в рассматриваемом конкретном случае первичный слой получают напылением металла в вакууме.

Металл играет роль промежуточного слоя. Из применяемых, в вакуумной технике материалов, обеспечивающих хорошее сцепление с подложкой, наиболее употребителен нихром, так как его можно сравнительно легко испарить из испарителя любой конструкции. Однако применяемые металлы плохо поддаются травлению, что создает большие трудности up и удалении липшего металлического слоя в местах, закрываемых контактными масками.

Электролитическое осаждение — процесс достаточно хорошо освоенный, но изготовление с его помощью миниатюрных токопроводящих спиралей осложняется следующим обстоятельством; вследствие повышенной концентрации поля по краям витков осаждение металла на этих участках идет интенсивнее, и ширима витка увеличивается быстрее, чем его высота. По этой причине при расстоянии между витками 0,2 мм и меньше витки, как правило, замыкаются между собой раньше, чем их высота достигает нужной величины 20-30 мк. Кроме того, витки приобретают форму, которая способствует концентрации электрического ноля вследствие эффекта близости и скин-эффекта но краям витка. Такая форма витка повышает также концентрацию электрического межвиткового поля, что вносит дополнительные диэлектрические потери. Бороться с быстрым ростом ширины витка можно применением толстых контактных масок так, чтобы металл осаждался между витками маски.

Шелкография. Этот метод включает в себя выдавливание металлосодержащих паст на подложку через сетчатые трафареты (шелкография) или через сплошные трафареты с прорезями, соответствующими рисунку, который нужно получить на подложке.

Метод выдавливания пасты через сетчатые трафареты известен уже давно и непрерывно совершенствуется. Этим методом можно наносить как диэлектрические покрытия (контактные маски, защитную пленку, диэлектрический слон пленочных конденсаторов), гак и проводящие и резистивные пленки. В случае нанесения проводящих пленок используются пасты, содержащие металл, либо в составе химического соединения, которое разлагается с выделением металла при нагревании пасты, либо в виде суспензии, сплавляюшейся при нагревании в металлический слой. Такие же пасты применяются при выдавливании через сплошные трафареты с прорезями.

Понравилась статья? Мойдодыр говорит: поделись с друзьями!